CN104885025A - 自动本地电力管理系统 - Google Patents

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Abstract

自动本地电力管理系统提供了一种全面的方法和设备以让消费者更有效地使用能源。该系统包括智能服务面板、众多的智能连接器和系统操作软件。智能服务面板包括微控制器、程控断路器、传感器，以及各种接口和控制电路。通过自动监控电功耗以及动态控制电网和电分支线的电连接，智能服务面板减少了不必要的电力消耗，省去了安装本地发电机或可再生能源发电系统时所需要的子服务面板、转换开关，和附加的布线。智能连接器可以用于分别监测和控制不同设备的电消耗。该系统的操作软件使智能服务面板与智能家电、智能连接器、本地计算机、远程服务器，或公用电网通信。

Description

自动本地电力管理系统
技术领域
本发明通常涉及电力管理领域，更具体地讲，涉及用于自动管理和控制本地电力系统的系统和方法。
背景技术
住宅电力系统通常通过服务面板连接到公用电网。公用电网连接到服务面板的主入口。该服务面板上的断路器连接在家用电源插座以及服务面板的主入口之间。因为所有的连接都是硬连接，在安装新的备用的电力供应或可再生能源发电系统时，需要子服务面板、转换开关、以及额外的布线。所需额外的硬件增加了安装新的备用电力供应或可再生能源电力系统的设备成本和安装成本。
因为在这种住宅电力系统中的所有连接都是硬连接，当前的住宅并网可再生电力系统无法有效地使用(并网可再生电力系统连接到公网以向公网提供过剩容量)。例如，当停电发生时，并网的太阳能光伏系统(PV)必须关闭以防止孤岛现象而不管是否产生电力。(当来自公用电网的电力不可用，来自PV系统的电力被供给到公用电网时，会产生孤岛。孤岛会对可能正在公用电网上工作的公用电网维护人员造成生命危险)。这不是使用PV系统的有效方法。
因为在这种住宅电力系统中的所有连接都是硬连接，因此很难对能量的使用进行监控并提高能源效率。实施智能电网可以改善能源效率，但由于前期成本和其他一些问题，目前智能电网的安装了了无几。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，自动本地电力管理系统包括主电源总线、主开关，以及多个程控断路器。主电源总线适于通过主输入电源线接收公用电网的电力。主开关被电连接到主电源总线并且适于被连接到主输入电源线。主开关被配置为响应于来自控制器的一个或多个指令来选择性地打开和关闭以分别将主电源总线从主输入电源线断开以及将主电源总线连接到主输入电源线。多个程控断路器电连接到所述的主电源总线。每个程控断路器(PCCB)包括至少一个交流开关，其被配置为响应于来自控制器的一个或多个指令来选择性地打开或关闭。每个PCCB适于被连接到相应的多个电分支线的一个以将来自主电源总线的电力分配到电连接到该电分支线的一个或多个电力负载。打开和关闭相应的PCCB的交流开关，将分别从主电源总线断开相应的电分支线以及将相应的电分支线连接到主电源总线。
该系统还可以包括与主开关和每个PCCB通讯的控制器。所述的控制器可以被设置为发送一个或多个命令到主开关，以使主开关选择性地打开和关闭。所述控制器可以进一步被设置为发送一个或多个命令到任何一个或多个PCCB，以使所述一个或多个PCCB的交流开关选择性地打开和关闭。
该系统还可以包括通信接口使得通过电源线通信(PLC)或无线通信的方式在所述的控制器与被电连接到一个或多个电力分支线的一个或多个设备之间进行信息传输。该通信接口可以连接到主电源总线或连接到一个或多个所述电分支线，使PLC信号被发送到被电连接到至少一个电分支线的具有PLC功能的设备、连接器或插头中的至少一个或者从被电连接到至少一个电分支线的具有PLC功能的设备、连接器或插头中的至少一个接收PLC信号。该通信接口还可进一步适于使得在所述的控制器与远程服务器、远程计算机，或移动通讯器件的至少一个之间进行信息传输。
该系统还可以包括一个或多个电流传感器，适于被电连接到多个电分支线的每个并与所述的控制器通信。所述的控制器可以被配置为通过所述的一个或多个电流传感器监视一个或多个电分支线的用电量。该控制器还可以被配置确定任何电分支线上的电力消耗是否指示了在该电力分支线上没有电力负载上电。如果控制器确定任何电分支线上的电力消耗指示了在该电力分支线上没有电力负载上电，该控制器可以进一步被配置为打开对应于该电分支线的PCCB的AC开关从而从主电源线断开该电分支线。
该系统还可以包括电连接到主电源总线的传感器并被配置为检测主电源总线上的电力是否存在并由此检测主电源线上电力是否存在，该传感器与所述控制器通信。该传感器可进一步电连接到每个PCCB并被配置为监视在每个电分支线上的电力消耗。该传感器还可以被配置为检测主电源总线上的过压或欠压状态，并且该传感器可以被进一步配置为监控主电源总线上的耗电量。
该传感器可以是第一传感器，并且该系统可以进一步包括第二传感器，其被电连接到主电源线并与控制器通信。所述控制器可以从所述第一传感器接收主电源线上电力是否存在的指示。如果该控制器从所述第一传感器接收主电源线上存在电力的指示，所述控制器可以被配置为禁止第二传感器或从主电源总线断开第二传感器。如果所述控制器从所述第一传感器接收主电源线上不存在电力的指示，该控制器可以被配置为使能第二传感器或将第二传感器连接到主电源线上。当第二传感器被启用或连接到主电源线时，第二传感器可以被配置成检测返回主电源线的电力并且通知控制器该电力已经返回主电源线。
如果主电源线上电力不存在，所述控制器可以被配置为打开主开关以从主电源总线切断主电源线。如果在本地电力系统中装有全容量备用电力系统，该控制器可被进一步配置为将全容量备用发电系统连接到主电源总线。如果电力返回到主电源线，该控制器还可以进一步配置为将全容量备用发电系统从主电源总线上断开并关闭主开关以将主电源线电连接到主电源总线。
如果在本地电力系统中装有部分容量备用电力系统，所述控制器可以被进一步配置为(a)决定哪个或哪些电负载可由部分容量备用电力系统供电，(B)打开一个或多个AC开关来断开对应于不能由部分容量备用电力系统供电的一个或多个电力负载的一个或多个电分支线，(c)连接部分容量备用电力系统到主电源总线。所述控制器可以进一步被设置成打开一个或多个AC开关来根据用户定义的一个或多个优先级去断开对应于不能由部分容量备用电力系统供电的一个或多个电力负载的一个或多个电力分支线。如果电力返回到主电源线，控制器可以进一步被配置为把部分容量备用电力系统从主电源总线上断开，关闭主开关使主电源线电连接到主电源总线，并关闭任何打开的AC开关。
如果在本地电力系统中装有并网可再生能源发电系统时，所述控制器可以进一步被设置为(a)确定并网可再生能源发电系统当时的产电量，(b)根据并网可再生能源发电系统当时的产电量决定哪个或哪些电负载可由该系统供电，(C)基于确定的并网可再生能源发电系统当时的产电量，打开一个或多个AC开关来断开对应于不能由该再生能源系统供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线，以及(d)将该并网可再生能源系统连接到主电源总线。所述控制器可以进一步设置为根据一个或多个用户定义的优先级来打开一个或多个AC开关以断开对应于不能被并网可再生能源发电系统供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线。如果电力返回到主电源线，控制器可以进一步被配置为从主电源总线断开该并网可再生能源发电系统，关闭该主开关以电连接该主电源线到主电源总线，关闭任何打开的AC开关，然后再将该再生能源发电系统连接到主电源总线。
如果在本地电力系统中装有部分容量备用发电系统，控制器还可以被配置成以预定的时间间隔断开和连接一个或多个预定的电负载，以至少使较多的电负载接收到电力。
每个PCCB还可以包括适于被电连接到电分支线上的电流传感器和与该电流传感器和交流开关通信的控制电路，该电流传感器和控制电路被配置为检测该电分支线上的过电流，当电流传感器检测到电分支线路中有过电流现象时,控制电路被配置为打开所述交流开关。
所述控制器可以适于与被配置为在一个或多个电分支线上检测过电流的传感器通信。当在相应电分支线上检测到过电流时,所述控制器可以被配置为向一个或多个PCCB发送一个或多个指令以打开一个或多个PCCB的AC开关。
至少一个PCCB可以包括适于被电连接到相应的电分支线并且被配置为在相应的电分支线上检测过电流的电流传感器。所述控制器可以适于与该电流传感器通信。当在相应的电分支线上检测到过电流时,所述控制器可以被配置为发送一个或多个命令到至少一个PCCB以打开至少一个PCCB的交流开关。
在本发明的另一个实施方式中，程控断路器(PCCB)包括交流开关、电流传感器，和控制电路。交流开关适于被电连接在电控制面板的主电源总线和电分支线之间以将来自主电源总线的电力分配给与该电分支线连接的一个或多个电负载。交流开关被设置为响应于从控制器送来的一个或多个指令选择性地打开或关闭。打开和关闭相应PCCB的交流开关分别将相应的电分支线从主电源总线断开或者将相应的电分支线连接到主电源总线。电流传感器适于被电连接到该电分支线。所述控制电路与所述电流传感器和所述交流开关通信。电流传感器和控制电路被配置成检测该电分支线上的过电流。当电分支线上检测到过电流时,所述控制电路被配置为打开该交流开关。
在本发明的另一个实施方式中，程控断路器(PCCB)包括交流开关和电流传感器。交流开关适于被电连接在电控制面板的主电源总线和电分支线之间以将来自主电源总线的电力分配给与该电分支线电连接的一个或多个电负载。交流开关被设置为响应于来自外部控制器的一个或多个指令来选择性的打开和关闭。打开和关闭相应PCCB的交流开关分别将相应的电分支线从主电源总线断开以及将相应的电分支线连接到主电源总线。电流传感器适于被电连接到电分支线。所述电流传感器和AC开关适于与外部控制器通信。电流传感器被配置为检测电分支线上的过电流。当在该电分支线上检测到过电流时,AC开关适于从外部控制器接收一个或多个指令并且当接收到一个或多个指令时打开该AC开关。
在本发明的另一个实施方式中，程控断路器(PCCB)包括交流开关，其适于被电连接在电控制面板的主电源总线和电分支线之间以将来自主电源总线的电力分配到与该电分支线电连接的一个或多个电负载。交流开关被设置为响应于来自外部控制器的一个或多个指令来选择性地打开或关闭。打开和关闭相应PCCB的交流开关分别将相应的电分支线从主电源总线断开或者将相应的电分支线连接到主电源总线。交流开关适于与外部控制器和连接到电分支线的电流传感器通信并被配置为检测该电分支线上的过电流。当在该电分支线上检测到过电流时,AC开关适于从外部控制器接收一个或多个指令并且当接收到一个或多个指令时打开该AC开关。
除了上面所描述的自动本地电力管理系统,本发明的其他方面针对自动本地电力管理的相应方法。
附图说明
被包含在说明书中并作为说明书一部分的附图，与详细说明一起例示了本发明的实施方式，以解释本发明的工作原理。这里所例示的实施方式是优选的，但是，应当理解的是，本发明不限于附图所示的精确布局。并且本文提供的所有附图也不一定反应实际比例，其中：
图1展示出了本发明实施方式的操作环境；
图2是依据本发明的实施方式的智能连接器电路的方框图；
图3是根据本发明的实施方式示于图1中的智能服务面板(ISP)的电路方框图；
图4是根据本发明的实施方式示于如图3中的程控断路器面板(PCCBP)的方框图；
图5是根据本发明的实施方式示于图4中的程控断路器(PCCB)的一个示范性实施方式的方框图；
图6是依据本发明的实施方式示于图4中的PCCB的另一个示范性实施方式的方框图；
图7是根据本发明的实施方式示于图4中的PCCB的另一个示范性实施方式的方框图；
图8是根据本发明的实施方式示于图15中PCCB的另一示范性实施方式的方框图；
图9是根据本发明的实施方式使用图5、6或7中示出的PCCB的ISP的第一示例性结构的外部立体视图；
图10是示于图9的ISP的内部立体视图；
图11是示于图9的ISP的后视图；
图12是使用图5、6或7中示出的PCCB的ISP的第二个示例性结构的外部立体视图；
图13是使用图8中示出的PCCB的ISP的第三个示例性结构的具有前盖开口的外部立体视图；
图14是示于图13的ISP的内部立体视图；
图15是根据本发明的实施方式示于图3的程控断路器面板(PCCBP)的第二个实施方式的方框图；
图16是自动本地电力管理系统操作软件结构的方框图；
图17是示于图16中的实时监控软件操作块的扩展视图；
图18是示于图17中的电网监控及电源管理模块的流程图；
图19是示于图17中的任务计划模块流程图；
图20是示于图17中的任务分派模块流程图；
图21是示于图17中的主机请求处理模块流程图；
图22是示于图17中的端点请求处理模块的流程图；
图23是示于图16中的系统管理软件操作块的扩展视图；
图24是示于图23中的用户请求处理模块的流程图；
图25是用于指定在本地电力系统中的设备地址的示例性匹配表；
图26是用于提供关于本地发电机和/或可再生能源发电系统信息的示范性的本地电资源表；
图27是一个示范性优先级表，其列有在电网有问题时,具有备用电源的设备；
图28是包含用户计划任务的示例性用户计划表。
具体实施方式
以下的详细描述本质上仅为了进行示例性的描述,其目的不是用于限制所描述的实施方式或限制所描述的实施方式的应用和使用。如这里所使用的，“示例性”,或“说明性”意指充当实例、例子、或说明。任何作为“实例”或“说明性”来描述的实现不一定要被解释为优于或胜过其他实现。所有下面描述的实现是示范性的实现以使本领域普通技术人员能够制作或使用公开的实施方式，其意不在限制由权利要求所限定的本公开的范围。出于描述的目的,术语“顶部”，“底部”，“左”，“后”，“右”，“前”，“垂直”，“水平”及其派生词涉及本发明在图中的取向。此外，前述的技术领域、背景技术，或发明内容，以及在下面的详述无意明示或暗示本发明的原理受限于所介绍的领域。另外应该理解的是，附图中所示的，以及下面的详述中所描述的特定器件和过程，仅仅是在附加的权利要求中所定义的本发明的概念的示例性实施方式。因此，除非权利要求明确说明,这里公开的涉及实施方式的具体尺寸和其他物理特性不被认为是限制性的。
本发明的目的包括为消费者提供一种简单和廉价的方法以更有效地使用能源；减少本地发电机或可再生能源发电系统的设备以及安装成本；有效地使用本地并网可再生能源发电系统；提供一种经济有效的智能家居平台；以及为智能电网提供自下而上的解决方案。
为了实现这些目标，本发明的实施方式提供了本地电力系统的自动监测、控制和管理的系统和方法。本发明的核心组件包括智能服务面板(ISP)和系统操作软件。智能连接器不是必需的；然而，由于智能连接器使得传统设备能够被独立的监测和控制，智能连接器可以增强本发明实施方式的监控能力。如这里所使用的,术语“设备”是指任何吸取电负载的器件，包括但不限于电源插座、照明，典型的家电(灶具、烤箱、洗碗机、洗衣机，干衣机等)，HVAC(供热通风，空调)零部件，热水器等。
通过自动监控电网、电分支线,以及设备与本地电力系统的连接，本发明的实施方式解决了上述传统住宅电力系统的问题。这种动态电连接重配置能力省去了当安装备用发电机或可再生能源电力系统时所需要的子服务面板、转换开关，和额外的布线。这显著地降低了装置和安装成本。尽管本文所述的发明实施方式涉及住宅电力系统，但其应用不仅限于住宅用电力系统。本发明的实施方式也适用于商业或工业电力系统。
本发明的实施方式还可以提高并网可再生能源发电系统的使用效率。当电网有问题时,断开电网而不是关闭该并网可再生能源系统，从而运行并网可再生能源系统继续作为备用电源工作。这使并网可再生能源系统更具吸引力。
本发明的实施方式不需要基础设施的支持就可以本地或远程地监测能量消耗以及控制电源连接，而且可以很容易地集成到智能电网。本发明的实施方式为智能电网的实施提供了一种简单和有效的自下而上的解决方案。
由于电力线的通信可以被嵌入在本地的配电系统，本发明的实施方式还提供了一种更具成本效益的智能家居平台。本发明的实施方式使得智能家电可以很容易集成到当地自动电力系统中。
图1是本发明实施方式可能实现的示例性的自动本地电力管理系统的示意图。图1中，来自公用电网以及本地发电系统，诸如并网太阳能光伏系统102的电力被送入智能服务面板(ISP)101,并将电力分配给本地电负载105(设备1，设备2等)。所述ISP 101自动监控当地电力系统的状况，控制该电连接，并根据不同情况动态分配电力到负载。ISP 101中嵌入的各种通信功能使其与设备、本地计算机、移动设备，以及远程服务器进行通信。图1中，电分支电线103不仅输送电力而且携带电力线通信信息。
ISP101包括中央控制单元201、程控断路器面板(PCCBP)202，和接口单元203。中央控制单元201通过PCCBP 202监控公用电网和本地电力情况(请见下面更详细的描述)。中央控制单元201可包括微处理器、专用或通用电路(例如应用专用集成电路或现场可编程门阵列)、适当的编程计算装置，或其它任何适合的用于控制ISP 101操作的装置。ISP 101使用接口单元203与本地计算机106、远程服务器107、移动设备108、公用电网、本地可再生能源发电系统102(如示于图1的并网太阳能光伏系统)、本地电负载105，和任何其它所需的设备进行通信。ISP 101与本地计算机之间可以通过硬线连接(例如，USB)或无线连接(例如，蓝牙，Wi-Fi等)进行通信。ISP 101与远程服务器107之间可以通过互联网或任何其它适当的通信网络进行通信。ISP 101与移动设备108之间可以通过移动通信网、互联网，或任何其它合适的通信网络进行通信。
所述ISP 101监控本地电力系统中的电分支线103。因此，取决于设备是怎样被连接到电分支线上的,设备可能被单独地或成组地进行监控。例如，在图1中，智能设备1和设备6(其不需要是智能设备，因为具有重负载的设备可以被单独地监控)代表重负载设备，如热泵，热水器等。由于专用电分支线连接到重负载，因此重负载设备可被单独地监控。在其他的情况下，多个设备被连接到同一电分支线。例如，天花板上的电灯和多个墙上的电源插座可能分享同一个电分支线。在图1中，设备6就是这种设备类型的一个例子。在这种情况下，设备被成组的监控。为了单独监控这些设备,可以使用智能连接器109将该设备连接到电分支线,如示于图1中的设备5。当然，这是假定该设备不包含任何智能功能。如果使用具有电力线通信能力的智能家电，ISP 101能够直接与这种智能设备通信，并且因此单独地监控它们。
智能插头104可用在设备通过墙上的电源插座连接到电分支线的情况(例如，如图1中所示，当设备4被插入智能插头104时，设备4被连接到电分支线)。具有电力线或无线通信功能的智能插头104可以在市场上买到。通过简单地连接到墙上的电源插座并将它们与ISP 101接口，这样的智能插头可以被添加到当地的电力系统。由于智能连接器109必须用电线连接到电分支线103上，所以建议智能连接器由有专业安装资格的人员安装。
图2所示是智能连接器电路的方框图。智能连接器109通过电线连接到分支电源线103，并且设备105插入到智能连接器109。智能连接器109包括控制单元、传感器、交流开关，以及电力线通信(PLC)调制解调器。智能连接器109与ISP 101通过PLC调制解调器通信。传感器定期采样设备的功率消耗并把结果发送到ISP 101。交流开关既可以通过PLC由ISP101直接控制也可由用户指定并由本地微处理器存储的计划任务控制。
图3是ISP101的方框图。中央控制单元201包括微处理器(或微控制器)、专用或通用电路(例如应用专用集成电路或现场可编程门阵列)，以及存储器(可以是用于存储数据和指令的RAM、闪存或类似的装置)。PCCBP202可以包括程控断路器阵列、主交流开关，以及众多的传感器。接口单元203提供功能以允许ISP 101使用电力线或无线通信与智能设备进行通信。接口单元203还允许本地计算机、移动设备，和远程服务器使用任何合适的信息技术和/或手段(不论硬连接或无线，包括但不限于注入Zigbee、TCP/P，蓝牙等)来访问ISP 101。这些功能通过硬件和软件兼用的手段来实现。ISP101通过电度表(千瓦小时)连接到公用电网上。该ISP连接到接收来自太阳能电池阵列的DC电源的逆变器的交流电源输出。
一个示范性BCCBP 202的实施方式方框图示于图4。公用电网通过主开关2024连接到本地电力系统中PCCBP202的主入口。通过程控断路器(PCCB)5021阵列，主电源分为几个电分支线103并分配给各个设备。放置在主开关2024下游的压敏电阻用于该电力系统的瞬态过电压保护。两个传感器被分别放置在主开关2024之前和之后。主电源线传感器2023用于当公用电网与本地电力系统断开时监测公用电网上电力的恢复。主电源线传感器2023可包括任何合适的能够检测电网活动的传感器类型，诸如电压传感器或频率传感器。因此，在电网正常操作期间，主电源线传感器2023可被禁用以节省能源，此时本地电力系统和电网的情况由主总线传感器2025来监视。主总线传感器2025可以仅包括电压传感器或电压传感器与其它任何能够在主电力总线上监视电力活动的合适的传感器类型,如频率或温度传感器。主总线传感器2025所检测到的本地电力系统和公用电网的状况(例如电压和频率)通过连接器2026传递到中央控制单元201。当这些传感器检测到任何异常情况时,在面板上的主开关2024和所有分支PCCB可以直接打开或通过中央控制单元201打开。在检测到异常状况后,主开关2024或一个或多个分支PCCB是否应该被打开，将取决于故障的类型和本地电力系统的配置。这可以通过系统设置来编排。在主开关2024打开后，主电源线传感器2023将被启用以监测公用电网状况。一旦公用电网恢复正常，主开关2024将被关闭，并且主电源线传感器2023将被再次禁用。公用电网恢复正常后，通过控制并网可再生能源电力系统和设备连接到PCCBP 202的顺序,并网可再生能源电力系统能够迅速地与公用电网同步，并且可以防止公用电网瞬间过载，因为不是所有的设备同时连接。PCCBP 202和中央控制单元201通过连接器2026进行通信。
如图4所示，主开关2024可以通过逻辑门2027被中央控制单元201以及主总线传感器2025控制。逻辑门2027的类型和组态配置会根据主开关2024、中央控制单元201，和主总线传感器2025之间的排列而有所不同。主开关2024通常是关闭的。如果没有安装本地发电机或并网可再生能源电力系统，那么在系统设置时可以禁止主总线传感器2025对主开关的控制。因此，对于没有任何备用电源的本地电力系统，当停电发生，主开关将保持闭合并且ISP 101不需要采取任何行动。如果安装有全容量经典发电机，那么当检测到电网故障时，主开关2024将被传感器打开以使本地电力系统与公用电网断开，同时本地发电机将被连接到PCCBP 202以提供备用电源。如果安装了并网可再生能源发电系统，则在在停电之后,在主开关2024被主总线传感器2025打开以将本地电力系统从公用电网隔离之后，除少数选定的设备以外的所有设备将从PCCBP 202上断开。被提供备用电源的设备由来自可再生能源电力系统的可用电力以及图27中示出的优先级表格中的设备列表来决定。
动态控制所选择的设备与电源的连接可以减少安装成本。用于安装并网可再生能源电力系统或其他备用电源所需的子服务面板、转换开关和附加布线将不再需要。因此，具有备用电池的并网可再生能源发电系统相对来说经济实惠。这是重要的，因为在理论上，当公网连接到ISP时，无论有没有电池，并网PV系统将能够提供备用电源。但在实践中,如果包含备用电池系统会更稳定，因为可以缓和由于天气变化引起的在PV系统中存在的任何波动。
如图4所示，本地电力系统的电压由主总线传感器2025监视。分支电路的电流由每个PCCB5021中的电流传感器监测。电流传感器将该支路的电流值发送到中央控制单元201并且如果发生过电流,电流传感器将打开相应的PCCB5021中的交流开关。如果电分支线上没有设备操作，该分支路可以被断开以降低待机功耗。通过接口单元203中的通信功能，ISP 101可以直接与智能家电通信，监控其功耗，并控制其恒温器或开关。当本地电力系统中使用智能连接器或智能插头时,ISP101不仅可以通过智能连接或智能插头远程地监控设备,而且通过对智能连接器或智能插头进行编程使这些设备在预定的时间打开或关闭与该智能连接器或智能插头附接的设备。设备可以被编程为在电费率低时运行以减少消费者的用电成本并有助于减少供电高峰时电网上的压力。
图5,6,和7例示了在图4的PCCB中使用的三个典型实施方式。图5中，PCCB 5021包括交流开关5021a、电流传感器5021b、电流过零检测电路5021c、电流故障监测5021d和控制电路5021e。交流开关5021a是常闭的。检测到的电流值和图5的PCCB状态被发送到中央控制单元201。电流过零检测电路产生在电流过零处具有上升沿的过零信号方波CRZ。当检测到过电流时，电流故障检测5021d将产生一个电流故障信号。如所例示的，电流故障检测5021d可以与电流传感器5021b和控制电路5021e分开。或者，电流故障检测5021d也可以被集成到电流传感器5021b或被集成到控制电路5021e。在控制电路5021e，电流故障与CRZ同步并用来打开交流开关5021a。交流开关5021a也可由来自主总线传感器2025的电压故障信号、以及来自中央控制单元201或机械开关或按钮K的CTRL信号来控制。对于瞬时过电流，通过一个过电流限制装置来保护图5的PCCB，如正温度系数装置(PTC)。尽管在图5中电流故障检测电路与传感器是分开的，这并不意味着该故障检测电路一定要与所述电流传感器分开。相反，该故障检测电路可以包括在电流传感器中。
图6示出PCCB的另一个实施方式。在该拓扑结构中，图6的PCCB 3021包括传感器3021b和交流开关或继电器3021a。当传感器3021d在电分支线103上检测到过电压/电流时，传感器3021d将自动打开交流开关3021a。交流开关或继电器3021a也可以由微处理器自动控制或通过机械开关或按钮手动控制。
图7示出PCCB的另一个实施方式。图7中PCCB 4021包括交流开关4021a、传感器4021b、电路保护4021c的部件，和控制电路4021d。信号Ctrls是由中央控制单元201产生的信号，或者由机械开关或按钮k手动产生的信号。VFAULT是从主总线传感器2025产生的电压故障信号，F是由电流传感器4021b产生的电流故障信号。SS是从传感器4021b发送到中央控制单元201的信号。当电分支线103上发生过电流时，电路保护元件4021c将吸收瞬态过流，与此同时，传感器4021b将产生信号F以打开交流开关4021a。当过电压发生时，由主总线传感器2025产生的信号VFAULT打开AC开关4021a来保护该电分支线。
图8示出了如图15所示的PCCB的第二个实施方式中所使用PCCB2021的另一实施方式。图8的PCCB 2021包括传统的断路器2021a和串接的交流开关或继电器2021b。断路器2021a提供过电压和短路保护，同时交流开关或继电器2021b可以通过控制管脚由中央控制单元201自动控制。图8中的组件可全部装同一器件壳内，也可以分开使用。
图9和10分别示出了ISP 101的示范性结构实施方式的外部和内部立体视图。在这个实施方式中，在图4所示的PCCBP 202上使用PCCB 3021(虽然可使用PCCB 5021或PCCB 4021来替换)。图11是图9和10的实施方式的外部后视图(即，面向安装ISP 101的墙壁)。从外面看，ISP 101像一个盒子，其包括一个前盖1011、中间面板1012、框架1013和后壁1018。前盖1011只是一个盖子。出于安全的考虑门锁或锁1020确保中间面板1012在闭合的位置。在中间面板1012的前表面上，组件1025和1026分别代表PCCB 3021的控制按钮(1025)(被安装在中间面板1012背面的电路板1017上)和用于显示PCCB 3021状态的指示灯(如发光二极管)。每一个控制按钮1025被连接到相应PCCB3021上的控制端子C1(见图6)。按钮1025和指示灯1026分别穿过孔1027和1028出来到中间面板1012的前表面(仅示出了右下角一组孔而没有安装其上的相应的按钮1025和指示灯1026)并且被安装在电路板1017的另一侧。
图10中，在后壁1018内侧上的电路板1016可用于PCCB部分中描述的中央控制和接口单元或公用电网监控功能。图10和11中示出的组件1015、1019、1021(在后壁1018的内侧上)和1022(在后壁1018的外侧)是用于将主电源引进ISP盒子中并发送电分支线到各个设备的连接器。连接器1019和1021是多针连接器。连接器1019包括插座1019a和插头1019b。连接器1021包括插座1021a和插头1021b。如图9所示，连接器1015和1022安装在后壁1018的外表面。来自公用电网的主电源使用连接器1015输入盒子。在盒子里面，连接器1015被连接到主开关2024的一端。主开关的另一端被连接到电路板1016上的连接器1019a的插座上的接触点。连接器1021a的插座上的接触点被连接到连接器1022上的接触点。在电路板1017上，连接器1019b的插头上的接触点被连接到PCCB3021的一端。PCCB 3021的另一端连接到连接器1021b的插头上的接触点。当关闭中间面板1012时，1019b和1021b将被分别插入到1019a和1021a。因此，市电通过连接器1015进入盒内并且连接到主开关2024。从主开关2024，市电通过连接器1019送到各分支PCCB 3021。来自分支PCCB的分支电力通过连接器1021和1022被引出盒子。连接器1022旁边的数字表示连接到该连接器各个接触点的电分支线的地址。图10和11所示的连接器1015、1019和1021只是用于示范的目的。这些连接器的形状、数目，以及位置在实际的应用环境中会不同。在系统安装时，从ISP盒子出来的分支电力通过连接器1022被连接到本地电力系统中。进行系统设置时,连接到相应连接器2022的设备信息需要被存到在图25示出的匹配表中。此表将随后被用作监控电分支线的参考。电路板1017和1016之间的信号通过连接器2026连接。连接器2026包括插座2026a和插头2026b。
图12示出ISP的另一个实施方式的外部视图。在这个实施方式中,ISP1101包括前盖1011、框架1013和后壁1018。前盖1011的表面包含LED显示器或触摸屏1029，在下文中假设是触摸屏。触摸屏幕通常是关闭的并且被触摸时自动开启以减少不必要的耗电量。该触摸屏允许用户显示本地电力系统的状态，更改系统设置等。为防止未经授权的访问,一般需要用户名和密码。在这个实施方式中，可以使用示于图5，图6和7中的PCCB 5021，4021和3021。在盒内，这个实施方式看起来与图9和10中所示的实施例方式很相似，尽管包含PCCB 3021(或4021或5021)的电路板1017以及用于驱动和连接触摸屏1029的电路(未标注)被安装在前面板1011的背面。这个实施方式的后视图与在图9-10中描述的实施方式的图11的后视图相同。
图13和14分别示出了使用图8所示的PCCB 2021的ISP 2101的典型实施方式外部和内部视图。在中间面板1012上有一些指定的孔。传统的断路器2021a将位于中间面板1012的前表面上，断路器2021a的销穿过孔1014连接到安装在中间面板1012背面的电路板1017上的连接器1023。因此，当打开前盖1011时，如图13所示断路器阵列2021a将示于中间面板1012的上表面。从这点来看,当仅打开前盖1011时ISP 2101类似于传统的断路器面板。盒子里，如图14所示，传统的断路器2021a通过连接器1023连接到安装在中间面板1012另一侧的电路板1017上的交流开关或继电器2021b。这个实施方式的后视图也与在图9-10中描述的实施方式的图11的后视图相同。所述的这三个实施方式使用相同的连接器(1015，1019，1021，和1022)，尽管这些实施方式具有不同的电路设计以及具有不同组件的布局。使用类似方法的所有实施方式将市电引入ISP盒子并如第57段所描述的那样将分支电力送出盒子。
图15是使用PCCB 2021的PCCBP 202a的示例性方框图。如果并网可再生能源系统的的逆变器具有检测电网故障的能力,主电源线传感器2023可以被编程为只在电网有故障时操作，以节省用电。在这种情况下，当电网工作正常时,电网的状况由逆变器进行监测。当停电并且电网从本地电力系统断开时,主电源线传感器2023开始工作并监测电网状况。一旦电网恢复时，主电源线传感器2023就会自动断开电网。由于PCCB2021不具有传感器，每个分支电源线的功率消耗是由在断路器2021附近的传感器2022进行监控。
由于在本地电力系统中嵌入了电源线通信，本发明实施方式的ISP为智能电网提供了一种自下而上的解决方案，并对智能家庭提供了天然和具有成本效益的平台。图16示出了典型的自动本地电力管理系统操作软件结构方框图。图16中示出的示例性软件结构包括系统管理软件31、实时监控软件32和子监视和控制软件33。系统管理软件31通常执行以下的一些或全部任务(可能还有其他一些任务)：管理从ISP发送的本地电力系统信息；响应和处理用户的请求；使授权的用户能够从本地计算机、移动设备、以及网站查看本地电力系统状态,控制设备的电源连接,并创建或更改时间表。取决于ISP所使用的哪个实施方式的结构，系统管理软件31可以安装在主计算机上(未示出)或在ISP上。实时监控及控制软件32嵌入在ISP中。实时监控及控制软件32动态监控本地电力系统并通过本地网络响应来自主计算机的请求。子监控软件33被嵌入在智能连接器上(如果使用一个以上的智能连接器则嵌入每个智能连接器)。子监控软件33监视耗电量并控制与其相连的设备的电源连接，以及通过电源线通信与ISP交换信息。为了监控该系统，桌面应用程序可以驻留在本地计算机上，移动应用程序可驻留在移动设备上(例如，蜂窝电话或平板电脑)，和/或网络应用程序可驻留在远程计算机上(通过互联网与系统通信)。
当使用ISP的第一或第三实施方式(示于图9-10或13-14)安装新的ISP系统时，系统管理软件31被安装并执行在主计算机上。系统初始化和系统设置采用本地计算机进行。在安装过程中，为了配置ISP，安装有系统管理软件31的计算机需要直接与ISP连接(例如，通过USB电缆)。当ISP系统初始化和设置完成后,可以去掉与本地计算机的直接连接(如，USB电缆)。此时ISP可以通过本地网络与计算机通信。当使用第二实施方式(图12)时，系统管理软件31可以在ISP中安装并执行，因此ISP系统的初始化和设置可以在ISP的触摸屏上进行。
为了配置该系统，至少下面这些应该被设定：连接到本地电力系统的每个设备的地址、通讯协议、是否安装了本地发电机或并网可再生能源电力系统，以及包含电资源信息的本地电资源表(示于图26)。如果本地发电机不具有完全的备用电源能力,则当停电时将由备用电源供电的设备列表应包含在如图27所示优先级表中。如果备用电源是由具备有限的备用能力的并网可再生能源电力系统提供，则在优先级表中还要指定设备的操作模式。如果未指定，将使用默认模式值(例如模式2)。
配置表使用如下。匹配表(图25)指定在本地电力系统中每个设备的地址。每个PCCB有预定的地址(注意图25中在断路器数字(第一栏)和设备地址(最后一栏)之间的相互关系)。连接到每个PCCB的电分支线继承相应PCCB的地址。图11所示的后壁1018的外表面上的连接器1022旁边的数字通常表示电分支线的地址。直接连接到分支电力的设备与电分支线具有相同的地址。如果多个设备直接连接到同一电分支线，这些设备会有相同的地址。如果设备是智能家电，则智能家电的地址是智能家电自己的子地址与该智能家电连接的电分支线的地址的组合。如果某个设备通过智能连接器或智能插头连接到电分支线，那么这个设备的地址是该智能连接器或智能插头的地址与该设备连接的电分支线地址的组合。
例如，在图25中，烘干机、洗衣机，和洗碗机分别直接连接到各自分支电源线0x020000、x040000和0x090000。因此它们的地址分别是0x020000、x040000,和0x090000。因为这些设备是连接到各自电分支线上的唯一设备,因此它们可由ISP直接监控。与此相反，卧室2的天花板灯和电源插座连接到相同的电分支线0x070000(参见图25)。因此，卧室2的天花板灯和电源插座将有相同的地址,并且它们的功耗和连接只能一起监控。图25中，客厅和卧室1由电分支线0x050000和0x06000供电。因为客厅的每个设备通过智能连接器或智能插件连接到电分支线,客厅中的每个设备都有其自己的地址。因此，这些设备能够被单独地监视和控制，并且这些设备的每个都能直接与ISP通信。这对于匹配表中卧室1中的设备以及三个其他设备也同样适用。
取决于本地电力系统如何配置，ISP可以对停电进行不同的处理。例如，如果本地电力系统中没有安装任何备用发电设备，停电时ISP将不采取任何行动。如果本地电力系统具有完全的备用电源能力(即，足够电力对屋内的所有设备供电)，ISP将断开本地电力系统与电网的连接并且将连接备用电源。图26的本地电资源表提供了关于备用电源的信息，如备用电源的类型和容量，使得ISP能够被适当的设置。例如图26示出了存在提供部分备用能力(小于1000W)的可再生并网系统以及提供全备用能力(3000W)的传统备用系统这两者。如果安装了具有有限容量的备用电源,可用图27中所示的优先级表指定将接收可用备用电源的设备。优先级表中包括不同的模式，这些模式主要是为本地电力系统包含有有限备用能力的可再生能源组件设计的。通过在设备间平衡不同的需求，ISP允许有限备用电源更有效地使用。例如，在模式1,设备将每隔2小时被接通电源30分钟；在模式2指示设备将被连续地提供电源；等。所以，如果冰箱被设置为模式1，冰箱将每隔两小时被通电30分钟以保持食物相对新鲜。因此，当冰箱不工作时，备用电源可以为其他设备(例如，计算机、电话，灯，等)供电。
ISP通过电力线或通过无线通信协议与智能家电或智能插头通信。用户可以在系统设置时选择无线通信协议。
在进行系统初始化时，匹配表中的内容将与实际连接进行核对。任何与实际情况不符的内容可以在此及时校正。系统初始化成功完成后，所有的系统配置信息将被复制到ISP并被用于实时操作。匹配表(图25)、本地电资源表(图26)和优先级表(图27)的数据，可能以任何合适的格式存储在ISP中，诸如字典、列表、结构或类。
初始化后，嵌入到ISP的实时监测和控制软件将开始独立运作。该软件的主要任务通常包括，但不限于，如下一些或所有内容：(1)监测公用电网，当检测到电网故障时,采取事先定义的一个或多个的行动；(2)监视本地功耗,断开没有运行的设备的电源，以减少待机耗电量；(3)执行计划的任务；(4)更新系统信息以及定期将信息备份到本地计算机或远程服务器；(5)响应来自设备的请求；和(6)响应来自主计算机的请求。
图17是实时监控软件运行框图。初始化完成后，控制交给事件管理模块。中断可由电源线通信PLC模块、传感器(诸如电压、电流、或频率传感器)、电网互连逆变器、计时器和系统故障产生。由处理消息队列的软件来处理中断。事件管理模块检查事件队列并且将等待在事件队列中的任务分配给相应的模块去处理。例如，由传感器产生的中断将被分配到电网监控及电源管理模块3201。任务计划3202和任务调度3203处理由定时器产生的事件。电力线通信模块产生的中断被发送到端点请求处理器模块3204。异常处理器模块3206处理系统故障事件。主机请求处理器3205请见下面对图21的解释。
图18是电网监控及电源管理模块3201的流程图。主开关2024通常是闭合的。当检测到电网故障时，相应的传感器(如主总线传感器2025)将打开主开关2024，同时产生一个中断信号。处理这个中断的过程或程序将电网故障事件送到事件队列(图17)。此事件将被分派到电网监控及电源管理模块3201处理(图17)。处理电网故障时，将检查图26中示出的本地电资源表中的备用电源信息。如果备用电源是全容量的典型发电机，该模块将采取行动32011。行动32011包括将本地电力系统从公用电网上断开，并且连接备用电源。如果备用电源是具有有限容量的典型备用电源，该模块将采取行动32016。行动32016包括将本地电力系统从公用电网上断开，从图27所示的优先级中表中取得设备列表，然后将收集的信息发送到电源管理子模块以断开除了列表上的设备以外的所有设备。如果备用电源是可再生能源发电系统而不是典型的备用电源，那么该模块将采取行动32012。这包括a)将公用电网从本地电力系统上断开，b)检查备用电源的可用电力，c)将可用电量与优先级表中列出的设备(参见图27)所需要的电量相比较，d)将所选择的设备连同它们的特性一起存储在临时备用电源表中，以及f)将所收集的信息发送到电源管理子模块。
当电网从停电恢复时，示于图4或图15的主电源线传感器2023将产生一个中断。中断服务子程序生成电网恢复事件并将其发送到事件队列。事件管理模块3200分配此事件给电网监控和电源管理模块3201(图17)。如果此事件被确认为是电网恢复，则该模块将首先检查备用电源的类型(参见图18)。如果备份电源是一个典型的发电机，该模块将采取行动32013。行动32013包括将典型的发电机从本地电力系统断开并且关闭主开关2024，以将本地电力系统连接到公用电网上。如果备用电源是并网可再生能源发电系统，那么该模块将采取行动32014,该行动包括首先将可再生能源发电系统从本地电力系统上断开，然后将本地电力系统连接到公用电网，然后将所有的设备连接到本地电力系统，最后将并网可再生能源发电系统重新连接到本地电力系统。
对于系统信息事件，例如来自传感器的电压和电流值，电网监控和电源管理模块3201将采取行动32015，其包括筛选和存储接收的信息，然后发送需要登录的信息到电源管理子模块，用于进一步的处理。
智能电器或使用智能连接器的设备或智能插头可以由用户编程以在预定的时间自动执行各种任务。用户可以通过网站连接使用台式电脑、移动设备或远程计算机来创建或修改预定的任务。预定的任务将被保存在如图28所示用户任务计划表。任务可以被安排在一个特定的日期和时间来执行，可以是一次性的,或周期性的(如每周的)。图17中示出的任务计划模块3202一般每12或24小时运行。任务计划模块3202的流程图示于图19。任务计划模块首先在用户时间表中搜索要在接在下来12或24小时内执行的任务。
这些应该在未来12或24小时内完成的任务被复制到任务列表(未示出)。如果所选择的任务是一次性任务，一旦任务被复制到任务列表,该任务将被从用户时间表中删除。
在任务列表中的任务由行动时间降序排列，并被加上标注(例如，TL1，TL2，等等)。具有相同行动时间的任务将具有相同的TL数目。标记为TL1的任务将被用作参考来复位任务定时器。当任务定时减到零时,相应的中断服务程序发送一个计划任务执行请求事件到事件队列。事件管理模块3200会调用任务调度程序模块3203处理此事件。图20是任务调度程序模块3203的流程图。标记着TL1的任务从任务列表移到现在列表，并且任务列表中所有TL数字减一(例如，TL2变成TL1)。根据在现在列表中的任务的操作代码,现在列表中的任务被分配给不同的子模块。例如，如果任务是改变恒温器的温度，该任务将被分配到温控子模块；如果任务是开灯，该任务将被分配到开关控制子模块，等等。如果任务是备份数据，该任务将被分配给拷贝数据到主机子模块。当该任务完成之后相关条目将被从现在列表中删除，并且任务列表中带有TL1标记的任务的执行时间将被用作设置任务计时器的参考。
图21是主机请求处理器模块3205的流程图，主机请求处理器模块接收来自主计算机的行动代码并根据其行动代码将任务分配给适当的子模块或功能。来自主计算机的请求可以包括更新对ISP的设置、更新优先级表，更新用户计划任务等。更直接的请求可能包括改变设备的调温器、改变电源连接等。还可以接收并分配传输最近数据的请求。
图22是端点请求处理器模块3204的流程图。智能连接器或智能插头和智能电器是本地电力系统的端点，它们通过电力线通讯模块与ISP通信。来自这些端点的请求可以包括，例如，关于设备的最近能耗的信息或来自智能冰箱的更换过滤器警告。这个信息将被存储在ISP并随后被复制到主计算机上。告警数据可以被存储并通过电子邮件发送给用户。
系统管理软件31的操作方框图示于图23。初始化之后，控制移交给事件处理器模块。该模块检查在事件队列中的事件，并将其分配到一个或多个如图23所示的处理程序(例如，ISP请求处理程序3102、用户请求处理程序3101，计划任务处理程序3103等)。在事件队列等待的任务包括来自用户、ISP,或调度的请求,以及软件或系统故障(诸如可能由定时器产生)。不同的事件可能有不同的优先级，该优先级用来在队列中进行事件排名。
图24是用户请求处理器模块3101的流程图。用户请求ISP显示本地电力系统状态时，ISP将引发处理用户输入的中断程序。该中断程序授予用户请求事件并将该事件发送给事件队列。然后事件处理器请求该用户请求处理器模块处理该事件。在处理该请求之前，用户请求处理程序模块首先调用授权模块来验证用户的身份。如果验证失败,用户的请求将被拒绝，如果通过,用户的请求将被送到信息显示子模块。其他用户请求包括更改系统配置、添加或更改计划任务、改变优先级表，将最新的本地电力数据从ISP传送到主计算机等。
出于安全的原因，通常只有对授权的用户才显示本地电力系统信息或创建或改变时间表或优先级表中提供备用电源的设备列表。通常只有系统安装人员可以改变的ISP系统配置。在ISP系统成功运行后,系统管理员可以禁止系统安装帐户。系统管理员有权管理所有用户帐户和禁止系统安装帐户的使用，但管理员无法删除安装帐户或更改ISP系统配置。只有安装资格的帐户可以改变系统的配置。这种设计减少了潜在的意外或错误地更改ISP系统配置造成本地电力系统故障。
一般来讲，系统管理软件处理用户的请求和管理ISP系统数据。当使用ISP结构的第二个实施方式(图12所示)时，系统管理软件可以直接安装在ISP，而不是安装在主计算机上。ISP可以使用一个以上的处理器。在这种情况下，实时监控软件中的主机请求处理模块会更准确地说是处理来自系统管理软件的请求。系统备份可使用云技术以将数据备份到远程服务器上。
如同本领域技术人员所能够理解的，本发明的各个方面可以实施为系统、方法或计算机程序产品。相应地，本发明的各方面可以采取全部硬件形式、全部软件的形式(包括固件、驻留软件，微代码等)或软件和硬件组合的形式来实施,这些在本文中通称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可能以计算机程序产品的形式具体体现在一个或多个具有计算机可读程序代码的计算机可读介质上。
可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是但不限于，诸如，电子、磁、光、电磁、红外，或半导体系统、装置，或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(不完整的名单)可能包括以下项目：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬、，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)，光存储设备、磁存储设备，或任何前述适当的组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质能够包含或存储可供指令执行系统、装置或设备使用，或与指令执行系统、装置或设备连接的计算机程序。
计算机可读信号介质可包括携带计算机可读程序代码的数据传播信号，例如，基带或一部分载波。这种传播信号可采取任何形式，包括，但不限于，电磁、光，或任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何非计算机可读存储介质并且可以通信、传播，或传输可被指令执行系统，装置，或设备使用,或与指令执行系统，装置，或设备连接的程序。
发送存在计算机可读介质上的程序代码可以通过任何适当的介质，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等，或上述任何适合的组合。
用于执行本发明各方面操作的计算机程序代码可以是一个或多个编程语言的任何组合，包括面向对象的程序设计语言，例如Java，Smalltalk，C++或类似的和常规的过程编程语言，诸如“C”编程语言或类似的编程语言。如果应用程序具有REST接口服务，则应用程序可以使用脚本语言如JavaScript访问REST接口。该程序代码可以全部在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行，作为独立的软件包，部分地在用户的计算机和部分地在一个远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，其中包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者由外部计算机连接(例如，通过因特网服务提供商的因特网)。
以上结合本发明的实施方式的方法、装置(系统)和计算机程序的流程图和/或框图描述了本发明的各方面。应当理解是,所述流程图和/或框图中的每个块，或几个块的组合可通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给一个通用计算机的处理器、专用计算机，或者其他可编程数据处理设备来产生一个机器，以使计算机处理器或其它可编程数据处理设备通过执行这些指令来实现流程图和/或框图中的一个或多个块所指定的功能/动作。
这些计算机程序指令也可以被存储在能够指导计算机，及其它可编程数据处理装置，或其他设备以特定方式起作用的计算机可读介质上，使得存储在所述计算机可读介质中的指令产生一个机制来实现在流程图和/或框图中的一个或多个块所指定的的功能/动作。
计算机程序指令也可以被加载到计算机，及其他可编程数据处理设备，或其他设备，使计算机,或其他可编程设备或其它设备,通过执行一系列操作步骤产生一个计算机实现的过程来实现流程图和/或框图中的块所指定的功能/动作。
附图中的流程图和框图说明了根据本发明各种实施方式的系统，方法和计算机程序产品的结构，功能，以及可能实现的操作。在这方面，在流程图或框图中的每个块可以代表由一个或多个可执行指令组成的模块，片段或部分代码用于实现指定的逻辑功能。还应当指出的是，在一些备选实施例中，功能块中指出的功能不一定要按照图中指出的顺序执行。例如，示出的两个顺序连接的块，实际上可以基本上同时执行，或者以相反的顺序执行，取决于所涉及的功能。还应注意的是，框图和/或流程图中所示的每个块,或几个块的组合，可通过专用的基于硬件的系统执行特定功能或动作来实现，也可通过专用硬件和计算机指令的组合的方式来实现。
“计算机”或“计算设备”广义上是指任何类型的设备，其接收输入数据，通过在计算机程序中的指令处理输入的数据，并产生输出数据。这样的计算机可以是手持式装置、膝上型或笔记本电脑、台式计算机、小型机、大型机、服务器、蜂窝电话、个人数字助理、其他装置，或者它们的任意组合。
以上是对本发明的解释性地说明而不是用于限制本发明在上述的范围內。虽然这里描述了本发明的几个示例性实施方式，本领域技术人员很容易理解，有可能对本发明的示范性实施方式做许多修改而不脱离本发明的教导和优越性。因此，所有这些修改旨在包括在本发明的权利要求所限定的范围之内。本发明由下面的权利要求,及以包括在权利要求中的权利要求等同物所限定。
本文所用的术语仅是为了描述具体实施方案并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指明。应进一步理解的是，术语“包括”，在本说明书中使用时用于指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或组物。
在下面的权利要求中所述的相应的结构、材料，动作以及所有方法或步骤旨在包括任何结构、材料或行为用于结合其它要求保护的元件执行要求特别保护的功能。本发明所给出的描述仅用于说明的目的，并非意在将本发明局限于所公开的形式。对本领域普通技术人员来说，在不超出本发明的范围和精神之外,许多修改和变化将是显而易见的。实施方式的选择和描述是为了最好地解释本发明的工作原理和实际应用，以使其他本领域普通技术人员能够理解本发明,并通过对各种实施方式的适当修改来适合于预期的特定用途。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于高效地使用能源的本地电力管理系统，所述系统包括：
主电源总线，所述主电源总线适于经由主输入电源线接收来自公共电网的电力；
主开关，所述主开关被电连接到所述主电源总线并适于被电连接到所述主输入电源线，所述主开关被配置为接收来自控制器的控制信号，所述主开关响应于来自所述控制器的所述控制信号的电压电平来选择性地打开和关闭，以分别将所述主电源总线从所述主输入电源线断开以及将所述主电源总线连接到所述主输入电源线；
多个程控断路器，所述程控断路器被电连接到所述主电源总线，每个程控断路器PCCB包括至少一个交流开关，所述交流开关被配置为接收来自控制器的控制信号，而且响应来自所述控制器的所述控制信号的所述电压电平来选择性地打开和关闭，每个PCCB适于连接到多个电分支线中相应的一个，以将电能从主电源总线分配到电连接到所述电分支线的一个或多个电负载，相应的PCCB的交流开关的打开和关闭分别将相应的电分支线从所述主电源总线断开以及将相应的电分支线连接到所述主电源总线；
控制器，所述控制器被配置为选择性地控制所述主开关和每个PCCB来实时地打开和关闭；和
外壳，用于保持所述主总、所述主开关、所述多个PCCB，以及内部的控制器。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括通信接口，所述通信接口适于通过本地无线网络使所述控制器和本地计算机，被电连接到一个或多个所述电分支线上的一个或多个设备之间进行信息传输。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述通信接口还适于通过互联网和无线通信使控制器与远程计算机、远程服务器，或移动设备中的至少一个进行信息传输。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述通信接口还适于通过电力线通信PLC使所述控制器与一个或多个电连接到一个或多个所述多个电分支线的设备之间的进行信息传输。
5.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：至少一个电连接到所述主电源总线的主传感器，其中，所述主传感器被配置为适于经由连接到所述控制器的电子信号连接与所述控制器通信。
6.根据权利要求1所述的系统,所述系统还包括：
一个或多个传感器，所述传感器适于被电连接到多个电分支线的每个并与所述控制器进行通信；
其中，所述控制器被配置为经由一个或多个电流传感器监视一个或多个电分支线的电力消耗；
其中，所述控制器被配置为确定任何电分支线上的电力消耗是否指示了在所述电力分支线上没有电负载上电；而且
其中，如果所述控制器确定任何电分支线上的电力消耗指示了在所述电力分支线上没有电负载上电,所述控制器被进一步配置为打开对应于所述电分支线的所述PCCB的交流开关以将所述电分支线从所述主电源总线上断开。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述主传感器进一步被配置为检测所述主电源总线上的过压或欠压状况，并且其中所述传感器还被配置为监控所述主电源总线上的电力消耗。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述主传感器是第一传感器，其中所述系统还包括：
第二传感器，所述第二传感器适于被电连接在所述主输入电源线和与所述控制器通信的所述主开关之间；
其中，所述控制器被配置为根据从所述第一传感器接收的信息和其他系统信息(例如，是否有并网可再生能源系统)来评估所述主电源线是否处于正常状态(无过欠压)；
其中，如果所述控制器基于从所述第一传感器接收的信息和其它系统信息确定所述主电源线处于正常状态，则所述控制器禁止第二传感器；
其中，如果所述控制器基于从所述第一传感器接收的信息和其它系统信息确定所述主电源线处于非正常状态，则所述控制器使能所述第二传感器；和
其中，当所述第二传感器被启用，所述第二传感器被配置成检测所述主电源线的状态并且将所述主电源线是否正常的状态通知所述控制器。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，如果所述控制器确定所述主电源线处于不正常状态时，所述控制器被配置为打开所述主开关以将所述主电源总线从所述主电源总线断开。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，如果存在全容量备用发电系统，所述控制器进一步被配置为将所述全容量备用发电系统连接到所述主电源总线。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，如果所述主电源线恢复正常，所述控制器进一步被配置为将所述全容量备用发电系统从所述主电源总线上断开，关闭所述主开关以将所述主电源线电连接到所述主电源总线并且禁用所述第二传感器。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，如果存在部分容量备用发电系统，所述控制器还被配置为(a)决定哪个或哪些电负载可以由所述部分容量备用发电系统供电，(b)打开一个或多个AC开关以断开对应于不能由所述部分容量备用发电系统供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线，以及(c)将所述部分容量备用发电系统连接到所述主电源总线。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为基于用户定义的优先级的一个或多个来打开一个或多个PCCB以断开对应于不能由部分容量备用发电系统来供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，如果所述主电力线恢复正常状态，所述控制器进一步被配置为将所述部分容量备用发电系统从所述主电源总线断开，关闭所述主开关以将所述主电源线电连接到所述主电源总线，关闭任何打开的交流开关并禁用所述第二传感器。
15.根据权利要求9所述的系统，其中，如果存在并网可再生能源系统，所述控制器还被配置为(a)确定当时并网可再生能源系统的产电量，b)根据所述当时并网可再生能源系统的产电量决定哪个或哪些电负载可由所述并网可再生能源系统供电(C)基于所确定的当时并网可再生能源系统的产电量，打开一个或多个PCCB以断开对应于不能由所述并网可再生能源系统供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线接。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为基于用户定义的优先级的一个或多个打开一个或多个PCCB以断开对应于不能由所述并网可再生能源发电系统供电的一个或多个电负载的一个多多个电分支线。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，如果所述主输入电源线恢复正常状态，所述控制器进一步被配置为将所述并网可再生能源系统从所述主电源总线上断开，关闭所述主开关以将所述主电源线连接到所述主电源总线，关闭任何打开的PCCB，将所述并网可再生能源系统连接到所述主电源总线，并禁用所述第二传感器。
18.根据权利要求9所述的系统，其中，如果存在部分容量备用发电系统，所述控制器进一步被配置为以预定的时间间隔断开和连接一个或多个预定的电负载，使更多的电负载接收到电力。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个PCCB进一步至少包括：
电流传感器，所述电流传感器适于被电连接到相应的电分支线，
控制电路，所述控制电路与所述交流开关以及所述电流传感器通信，
所述电流传感器和控制电路被配置成检测所述电分支线上的过电流，所述控制电路被配置成当在所述电分支线上检测到过电流时打开交流开关。
20.根据权利要求3所述的系统，所述系统还包括：用于在任何计划时间自动地将一个或多个设备从所述主电源总线断开或者将所述一个或多个设备连接到所述主电源总线的装置，从而为本地电力系统的用户提供一个方便的方法以减少不必要的功耗。
21.根据权利要求3所述的系统，还包括：用于在本地电力系统内自动地实时性监测和控制本地电力系统的装置，从而提供了一种新的自下而上的方法自动化本地电力系统，这将使各种即插即用再生设备能够安全地使用在所述本地电力系统中。
22.根据权利要求3所述的系统，所述系统还包括使控制器与本地电力系统内的装置，以及远程计算机或在本地电力系统之外的设备在不同的通信区域进行通信的装置，由此增加了本地电力系统的安全性，并且使用户能够控制什么样的本地电力系统信息能被共享、和谁共享以及如何共享。
23.根据权利要求3所述的系统，所述系统还包括：用于将用户的请求翻译成不同的任务并且从应用软件中掩蔽监视和控制本地电力系统的操作细节的装置，从而为本地电力管理系统的各种移动和网页应用开发提供平台。
24.一种程控断路器，所述程控断路器包括：
交流开关，所述交流开关适于被电连接到电控制面板的主电源总线和电分支线之间用以将电力从所述主电源总线分配到被电连接到所述电分支线的一个或多个电负载，所述交流开关被配置为响应来自外部控制器的一个或多个命令来选择性地打开或关闭，打开和关闭相应PCCB的所述交流开关分别将所述相应的电分支线从所述主电源总线上断开以及将所述相应的电分支线连接到所述主电源总线；
电流传感器，所述电流传感器适于被电连接到所述电分支线并且于外部控制器通信；和
控制电路，所述控制电路与所述电流传感器和所述交流开关电连通；
其中所述电流传感器和所述控制电路被配置为检测所述电分支线上的过电流；并且其中所述控制电路被配置为当检测到所述电分支线上的过电流时打开交流开关。
25.根据权利要求24所述的程控断路器，其中，所述控制电路适于与电压传感器通信，所述电压传感器被配置为检测所述主电源总线上的过电压，而且其中所述控制电路被配置为当所述电压传感器在所述电分支线上检测到过电压时打开所述交流开关。
26.根据权利要求24所述的程控断路器，所述程控断路器还包括电流过零检测电路，所述电路被配置为生成一个具有与电流过零点同步的上升沿的方波，其中所述控制电路进一步被配置使用与所述方波信号同步的控制信号来打开所述交流开关。

Claims (27)

1.本地电力管理系统，所述系统包括：
主电源总线，所述主电源总线适于经由主输入电源线接收来自电网的电力；
主开关，所述主开关被电连接到所述主电源总线并且适于被电连接到所述主输入电源线，所述主开关被配置为响应于来自控制器的一个或多个命令来选择性地打开和关闭,以分别将所述主电源总线从所述主输入电源线断开以及将所述主电源总线连接到所述主输入电源线；和
多个程控断路器，所述程控断路器被电连接到所述主电源总线，每个程控断路器PCCB包括至少一个交流开关，所述交流开关被配置为响应于来自控制器的一个或多个命令选择性地打开或关闭，每个PCCB适于被连接到相应的多个电分支线中的一个电分支线,以将来自所述主电源总线的电力分配到电连接到电分支线上的一个或多个电负载，打开和关闭相应的PCCB的交流开关分别将相应的电分支线从所述主电源总线断开以及将所述相应的电分支线连接到所述主电源总线。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括：
控制器，所述控制器与所述主开关和每个PCCB通信，所述控制器被配置为发送一个或多个命令到所述主开关以使所述主开关选择性地打开和关闭，所述控制器进一步被配置为发送一个或多个命令到任何一个或多个PCCB以使任何一个或多个PCCB的所述交流开关选择性地打开和关闭。
3.根据权利要求2所述的系统，所述系统还包括：
通信接口，适于使所述控制器与电连接到一个或多个电分支线上的一个或多个设备之间通过电力线通信PLC或无线通信进行信息传输。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述通信接口被连接到所述主电源总线或一个或多个电分支线，以使PLC信号发送到PLC功能的设备、连接器或者插头中的至少一个和/或从PLC功能的设备、连接器或者插头中的至少一个接收PLC信号，所述插头被电连接到所述多个电分支线的至少一个。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述通信接口还适于使所述控制器与远程服务器、远程计算机或移动设备的至少一个之间进行信息传输。
6.根据权利要求2所述的系统，所述系统还包括：
一个或多个电流传感器，所述电流传感器适于被电连接到多个电分支线的每个并与所述控制器进行通信；
其中，所述控制器被配置为经由一个或多个电流传感器监视一个或多个电分支线上的电力消耗；
其中，所述控制器被配置为确定任何电分支线上的电力消耗是否指示了在所述电力分支线上没有电负载上电；而且
其中，如果所述控制器确定任何电分支线上的电力消耗指示了在所述电力分支线上没有电负载上电,所述控制器被进一步配置为打开对应于所述电分支线的所述PCCB的交流开关以将所述电分支线从所述主电源总线上断开。
7.根据权利要求2所述的系统，所述系统还包括：
传感器，所述传感器被电连接到所述主电源总线并被配置为检测所述主电源总线上的电力是否存在，从而检测所述主电源线上的电力是否存在，所述传感器与所述控制器通信。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述传感器进一步电连接到每个PCCB并被设置为监测每个电分支线的电力消耗。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述传感器进一步被配置为检测所述主电源总线上的过压或欠压，并且其中所述传感器还被配置为监控所述主电源总线的电力消耗。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述传感器是第一传感器，并且其中所述系统还包括：
第二传感器，所述第二传感器适于被电连接到所述主电源线并与所述控制器通信；
其中，所述控制器适于从所述第一传感器接收所述主电源线上的电力是否存在的指示；
其中，如果所述控制器从所述第一传感器接收到所述主电源线上的电力存在的指示，则所述控制器被配置为禁用所述第二传感器或将所述第二传感器从所述主电源总线上断开；
其中，如果所述控制器从所述第一传感器接收到所述主电源线上的电力不存在的指示，则所述控制器被配置为使能所述第二传感器或将第二传感器连接到所述主电源线；以及
其中，当所述第二传感器被启用或连接到所述主电源线时，所述第二传感器被配置成检测电力是否返回到所述主电源线，并且将电力恢复到所述主电源线通知所述控制器。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，如果所述主电源线上不存在电力，所述控制器被配置为打开所述主开关以断开所述主电源线与所述主电源总线的电连接。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，如果存在全容量备用电力系统，所述控制器进一步被配置为连接所述全容量备用发电系统到所述主电源总线。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，如果电力返回到所述主电源线，所述控制器进一步被配置为将所述全容量备用发电系统从所述主电源总线上断开，然后关闭所述主开关以电连接所述主电源线到所述主电源总线。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，如果存在部分容量备用发电系统，所述控制器还被配置为(a)决定哪个/哪些负载可以由所述部分容量备用发电系统供电，(b)打开一个或多个交流开关以断开对应于不能由所述部分容量备用发电系统供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线，以及(c)将所述部分容量备用发电系统连接到所述主电源总线。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为基于用户定义的优先级的一个或多个来打开一个或多个交流开关以断开对应于不能由所述部分容量备用发电系统来供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，如果电力恢复到所述主电源线，所述控制器进一步被配置为将所述部分容量备用发电系统从所述主电源总线断开，关闭所述主开关以将所述主电源线电连接到所述主电源总线，并关闭任何打开的交流开关。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，如果存在并网可再生能源系统，所述控制器还被配置为(a)确定当时并网可再生能源系统的产电量，(b)基于所确定的当时并网可再生能源系统的产电量决定哪一个或几个电负载可由所述并网可再生能源系统供电，(C)基于所确定的当时并网可再生能源系统的产电量，打开一个或多个交流开关以断开对应于不能由所述并网可再生能源系统供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线，以及(d)将所述并网可再生能源系统连接到所述主电源总线。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为基于用户定义的优先级的一个或多个打开一个或多个交流开关以断开对应于不能由所述并网可再生能源系统供电的一个或多个电负载的一个或多个电分支线。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，如果所述主电源线上的电力恢复，所述控制器进一步被配置为将所述并网可再生能源系统从所述主电源总线上断开，关闭所述主开关以电连接所述主电源线到所述主电源总线，关闭任何打开的交流开关并且将所述并网可再生能源系统连接到所述主电源总线。
20.根据权利要求11所述的系统，其中，如果存在部分容量备用发电系统，所述控制器进一步被配置为以预先确定的时间间隔断开和连接一个或多个预定的电负载，使得更多的电负载接收到电力。
21.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个PCCB还包括：
电流传感器，所述电流传感器适于被电连接到相应的电分支线，以及
控制电路，所述控制电路被配置成与所述电流传感器和所述交流开关通信，
所述电流传感器和所述控制电路被配置为检测所述电分支线上的过电流，当检测到所述电分支线上的过电流时，所述控制电路被配置为打开所述交流开关。
22.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器适于与被配置为检测一个或多个电分支线上的过电流的传感器通信；并且其中当相应的电分支线上检测到过电流时，所述控制器被配置为发送一个或多个命令到一个或多个PCCB，以打开所述一个或多个PCCB的交流开关。
23.根据权利要求2所述的系统，其中至少一个PCCB还包括：
电流传感器，所述电流传感器适于被电连接到相应的电分支线,并且被配置成检测相应电分支线上的过电流；其中所述的控制器适于与所述电流传感器通信；并且其中当相应电分支线上检测到过电流时，所述控制器被配置为发送一个或多个命令到至少一个PCCB以打开所述至少一个PCCB的交流开关。
24.一种程控断路器，所述程控断路器包括：
交流开关，所述交流开关适于被电连接到电控制面板的主电源总线和电分支线之间用以将电力从所述主电源总线分配到电连接到所述电分支线的一个或多个电负载，所述交流开关被配置为响应于来自外部控制器的一个或多个命令来选择性地打开或关闭，打开和关闭相应PCCB的交流开关分别将相应的电分支线从所述主电源总线断开以及将相应的电分支线连接到所述主电源总线；
电流传感器，所述电流传感器适于被电连接到所述电分支线；和
控制电路，所述控制电路与所述电流传感器和所述交流开关通信；
其中所述电流传感器和所述控制电路被配置为检测所述电分支线上的过电流；并且其中所述控制电路被配置为当所述电分支线检测到过电流时打开所述交流开关。
25.根据权利要求24所述的程控断路器，其中，所述控制电路适于与被配置为检测所述主电源总线上的过电压的电压传感器进行通信，而且其中所述控制电路被配置为当所述电压传感器检测到所述电分支线上的过电压时打开所述交流开关。
26.一种程控断路器，所述程控断路器包括：
交流开关，所述交流开关适于被电连接到电控制面板的主电源总线和电分支线之间用以将电力从所述主电源总线分配到被电连接到所述电分支线上的一个或多个电负载，所述交流开关被配置为响应于来自外部控制器的一个或多个命令来选择性地打开或关闭以，打开和关闭相应PCCB的交流开关分别将相应的电分支线从所述主电源总线断开以及将相应的电分支线连接到所述主电源总线；
电流传感器，所述电流传感器适于被电连接到所述电分支线；
其中所述电流传感器和所述交流开关适于与所述外部控制器通信；
其中所述电流传感器被配置成检测所述电分支线上的过电流；以及
其中当所述电分支线上检测到过电流时所述交流开关适于接收来自所述外部控制器的一个或多个指令并当接收到所述一个或多个指令时打开。
27.根据权利要求26所述的程控断路器，其中所述交流开关适于(1)当与所述外部控制器通信的外部电压传感器在所述电源总线上检测到过电压时，从所述外部控制器接收一个或多个命令以及(2)当接收到一个或多个命令时打开。
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