CN107690738A - 用于发电设备的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于发电设备的智能互动电力管理控制系统，其提供信息交换，使得设备控制单元能够根据可以随时间变化的可配置方式并且根据环境和发电系统内的可用电力进行操作，以节省能源成本，并且增加安全性。

Description

用于发电设备的智能控制系统

相关申请案的交叉引用

本申请要求于2015年6月10日提交的标题为“INTELLIGENT CONTROL SYSTEM FORPOWER SUPPLY EQUIPMENT(用于供电设备的智能控制系统)”的美国临时专利申请第62/173,425号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及由主控制单元和诸如太阳能控制单元、风力控制单元、发动机型发电机控制单元和备用电池控制单元的设备控制单元组成的智能控制系统，其提供恒定的电力测量和信息，并且与控制单元交换这些资讯，使控制单元能够根据可以随时间变化的可配置电力计划并且根据正在变化的电价规则以及当前的供电和消耗情况来进行操作，以实现向用户的最佳电力递送、节省能源成本、并且增加电力安全性。

背景技术

最年已引入了很多聪明的解决方案更有效地使用替代能源设备，以更好地补充或替代由供电商提供的传统电力。

现在可以使用许多本地和小规模的发电解决方案，如光伏太阳能电池板和风力涡轮机，其可以在特定的条件下提供电力，但是每种都有其内在的局限性。这样的发电系统可以在用户现场安装，并且与传统的供电结合进行操作，从而减少用户从电力网的消耗，或者甚至全部替换传统的供电。另外，当用户电力消耗在某个时候小于正产生的可用电力时，并且如果电力公司允许，有些系统可将剩余电力从用户的发电系统转移到电力网。

发电产品的制造商通常提供能够监测特定类型设备的正确操作的控制单元，以使其与电力网同步，并且在一些情况下管理向电力网的电力传送(如果这被允许)。一些控制单元提供可以在本地或通过互联网访问的报告。然而，所有这些功能实际上在所有情况下都限于仅与特定发电产品一起使用，或限于仅由同一制造商制造的产品。市场上并没有允许发电设备与其他现有设备或来自不同制造商的发电设备一起操作的集成解决方案。

本地或小型发电市场内的另一个缺点是控制单元的能力，具体来说是其依据电力网成本以及每天和季节性使用时间和其他定制条件综合考虑的一组可变规则来配置设备操作的能力，从而有效分配电力并制作有效节电的定制报告。更详细和具体的报告可以用来支持金融投资，以资助其他本地和小型发电项目。

这些缺点使得难以找到有效的和成本低的可以被投资的解决方案来实施，因此大多数住宅和工业用户还没有决定购买替代的能源电力设备。

现有技术

控制单元可以从特定电力生产设备的发电制造商处获得，并且通常被设计为仅与该设备一起操作。在一些情况下，可获得一些灵活性，允许控制单元还可以与来自竞争对手的类似设备一起操作，例如允许来自不同制造商的柴油发电机由单个控制单元控制。

现有技术中的一些控制单元允许本地产生的电力与电力网提供的电力同步。如果具有向电力网提供电力的附件，并且如果与电力公司达成协议，产生本地电力的系统可实现电力流的逆转，使得本地电力可以被注入到电力网。然而，在一些情况下，电力公司拒绝接受本地产生的电力，并要求保证电力不会注入，因为这可能导致过载、频率调节问题和其他问题。

虽然大型供电公司和电力公用事业系统通过电力网管理电力的来源和分配，但是当前还没有独立的控制单元系统可以与本地或小型发电系统集成以基于成本比较、每天和季节性使用时间和来自每个发电系统的其他信息并且基于电力公司的电价规则和定价来更有效地管理和控制电力分配，从而确定电力的最佳分配以及实际成本和电力使用效率。

现有技术的控制单元在本地供电储备低或不可用时不能控制来自电力网的电力以开启电力，以及在本地电力可用时不能关闭来自电力网的电力，从而防止从本地电源向电力网注入电力。

现有技术的大多数控制单元也向用户提供消费报告和其他有用的信息。一些控制单元能够通过互联网连接(如果有的话)传送信息。然而，当前控制单元通常不能考虑由电力公司发行的复杂电价规则和每能源单元的定价。这个缺点防止了控制单元配置系统，以最好地利用电价规则和定价来制作详细的节能报告，该节能报告不仅列出节能量，也列出这些节能所代表的总金额。这意味着，如果用户想知道节省的金额，电力生产报告必须从电力公司收集，并在消费后进行编译和后处理。然而，实际成本节省的准确计算要求电力消耗信息与电力使用时间有正确的关联性，包括电池充电和放电周期，在许多情况下，由于不准确或缺少时间信息，这是不可能的。本发明解决了现有技术的这些电力控制单元的缺点，并且提供了基于可用性和每单位能量的成本来优化电力使用的易于集成的系统，以改善本地发电环境内的总体能量效率和电力使用。

发明内容

本文描述了由主控制单元和一个或多个设备控制单元(例如太阳能控制单元、风力控制单元、发动机发电机控制单元和/或其他发电控制单元和备用电池控制单元)组成的新的交互式电力管理控制系统。

电力管理控制系统允许在主控制单元和设备控制单元之间交换特定于每个设备控制单元的诸如可用电力、电力频率、电力相位和其他测量结果的信息，从而允许主控制单元在任何时间处确定可用发电设备的最佳配置或设定用于电力分配的特定最佳电力计划。最佳配置是基于从设备控制单元接收到的信息、记录的历史使用、高峰时间、季节性考虑，来自其他能源信息资源，如可能影响风力和太阳能发电机输出的天气预报以及用户特定供应条件，如合同资费、最小和最大使用、以及从供电公司收集的其他信息。关于供电条件的所有信息(包括用户可能与供电公司有关的供电合同中的用户特定条款和条件)被用于优化和控制来自电力网以及来自一个或多个发电系统的电力分配。在一些实施方案中，电力管理控制系统可以使用与供电公司合同中的要求有关的信息来控制来自电力网的电力的分配，以设定和维持来自电力网的最小电力使用，从而遵守在合同协议中概述购买需求。使用本发明的电力管理系统，从电力网的最小电力使用要求可以基于用户的合同供应的一个数值或百分比来设置和保持，设置出来的可以是一固定电力使用最小设定或可变电力使用设定，所述可变电力使用设定可以基于电力网的当前可用电力容量、环境条件以及可能影响来自电力管理系统内的发电系统的电力输出的其他因素在一天或一年的多个月内期间增加或减少。电力管理系统还可以基于合同要求来控制从用户发电系统回馈到电力网的过剩电力的供应，该合同要求存储于电力公司，并且电力公司可存取该合同，向其有线和无线地传输讯息，包括发电条件的更新以及可能影响或修改用户和供电公司之间的合同条款的可用供应和成本。例如，电力网内的断电可以使电力管理系统将电力传送回电力网，以基于用户的发电系统的可用电力容量在本地提供电力。使用电力管理系统的电力控制还可以基于这些合同要求防止将电力从用户的发电系统传输回电力网。

通过使用一组配置档案，每个设备控制单元根据其控制的发电设备，使用本发明的电力控制软件应用程序进行配置。该组配置档案具有所有必要的参数以适当地控制和收集来自发电设备的信息。

主控制单元系统可以通过使用本发明的电力管理软件应用程序被配置为在发电系统内使用。主控制单元和设备控制单元的访问和设置可以通过管理模块来实现，该管理模块可以用来创建管理员用户级别访问和不同类别的附加用户，每个类别都有特定的权限，使访问报告、维护、主控制单元和设备控制单元的电力管理系统配置、用户创建和其他功能性只能授予具有相应管理权限的用户。

电力管理控制系统可以根据用户的便利性和安全需求配置为连接到互联网工作或独立隔离工作。允许和阻止的功能列表决定了可以在互联网上执行哪些功能，以及哪些用户类别可以执行。该列表仅可以由管理员级别的用户编辑。

在一个实施方案中，主控制单元配置有综合的一组信息，包括：

1.使用本地内联网连接或通过有线或无线互联网连接、通过一个或多个计算机连接访问的档案。该档案根据电力公司的供电情况详细描述了电力网的电力成本。该文件包含所有相关信息，如安装的最大供电、每月合同电力消耗、高峰时段和非高峰时段的电力成本、电力成本季节性变化、使用超过合同电力消耗的附加费、最小要求消耗(>0)以及可以注入电力网的最大电力(>0)以及其他信息。

2.为每个可用的本地或小型发电机提供的配置档案；配置档案可通过使用本地内联网连接或通过有线或无线互联网连接、通过一个或多个计算机连接来访问，其提供诸如最大应急电力、最大连续电力、发电估计成本，每天最大连续操作时间、预防性维护需求(例如在操作一定时间后替换过滤器或其他部件部分)以及其他具体信息的相关信息。

3.使用本地内联网连接或通过有线或无线互联网连接、通过一个或多个计算机连接访问的档案。该档案详细描述了太阳能、风能和其他供电发电机组的产能预测，其中电力系统提供了一年中每天的预期最大和平均电力输出的每小时和每日值。本地或小型电力系统利用某一时间处的发电预测和实际电力输出来估计在下一个小时和下一个24小时期间的太阳能、风能和其他发电机的输出。

4.为备用电池设备提供的配置档案；配置档案使用本地内联网连接或通过有线或无线互联网连接、通过一个或多个计算机连接访问，其识别总能量容量、最大充电和放电率、最小充电限制和其他相关参数。

5.使用本地内联网连接或通过有线或无线互联网连接、通过一个或多个计算机连接访问的档案。这些档案详细描述了一年中每小时和每天的用户每小时和每日预期电量需求的消耗预测。电力系统利用某一时间的消耗预测和实际能耗来估计下一个小时和下一个24小时期间的电力消耗。

本地或小型发电系统的主控制单元根据每台发电机发电的成本和发电机配置档案中记录的其他信息(如最大连续电力、当前可用电力容量、停机维护和环境条件)来向可用供电发电机分配主次。主控制单元还根据电力网电力配置档案考虑电力公司电力网电力的日常和季节性变化的成本，以连续确定可用供电发电机和备用电池单元的最佳可能电力配置。

从通过与供电公司的合同协议设定的电力容量和成本分析及要求，主控制单元可以将来自本地供电发电机的过剩电力注入电力网，或者防止过剩电力的注入并且暂时关闭与电力网的电力连接，将过剩的电力引导至备用电池设备。此外，在供电公司对不从用户发电系统注入电力施加严格的规则的情况下，本发明的电力管理系统可被配置为通过设置最小使用变量来在每当电力网连接时确保始终向用户提供来自电力网的最小电力消耗来防止电力在任何情况下被注入电力网。可以将最小使用变量设定为充足的阈值，以防止在系统可以采取适当的措施之前由于可能的测量错误或电力激增而来自用户的发电系统的电力的任何注入。使用最小使用变量的最小电力消耗也可以设定为基于并遵守任何合同要求的阈值。

通过本发明的这个独特的特征，主控制单元向电力公司提供保证：不会有来自本地发电系统的电力将被馈送到电力网，从而除了过载、频率改变和其他供应问题的风险。

本发明的一个目的是由电力管理控制系统确定和实现最佳电力配置，其利用成本信息、估计的发电电力、估计的电力消耗、在电池处存储的容量和可用电力、实际电力输出和实际电力消耗来产生最佳的节省效果。

本发明的另一目的是电力管理控制系统对诸如电力网断电、发电机故障、消耗电力激增、预定和未预定维护以及其他电力退化问题的外部事件作出反应并立即重新配置为下一个最佳电力配置的能力。

本发明的另一目的是制作报告，其包括能耗、由每个发电机产生的电力、电池状态、成本节省和定制创建的报告。这些报告在主控制单元中，并且如果编程的话，可以通过互联网发送到存储的接收者列表。

本发明的另一目的是将来自本地发电系统的过剩电力输送到电力网，并附加地或替代地到备用电池系统。

本发明的另一目的是由电力管理控制系统进行控制，以暂时断开本地发电系统与电力网或确保最小消耗阈值高于最大可能测量误差和激增，以防止电力从本地发电系统注入进电力网。

本发明的其他目的和优点对于读者将变得明显，并且这些目的和优点旨在在本发明的范围内。为了实现上述和相关目的，本发明可以以附图中所示的形式来呈现，然而，应该注意的是，附图仅是说明性的，并且可以在本申请的范围内图示和描述的具体构造中进行改变。

附图说明

本发明的各种其他目的、特征和伴随的优点将被充分理解，因为当结合附图考虑时，所述目的、特征和伴随的优点将变得更好理解，在附图中，贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部分，并且其中：

图1是本发明的控制单元的第一实施方案的透视图；

图2是用于配置和管理在用户现场处本地安装的设备或小规模发电系统的电力管理控制系统的第一实施方案的示意图；

图3是加载到本发明的主控制单元中的电力管理软件应用程序的实施方案的流程图；

图4是加载到本发明的主控制单元中的电源管理软件应用程序的管理电力子程序的实施方案的流程图；

图5是加载到本发明的诸如太阳能控制单元、风力控制单元、发动机发电机控制单元和备用电池控制单元的设备控制单元中的电力控制软件应用程序的实施方案的流程图；

图6是在主控制单元上实现的电力管理软件应用程序的模块的实施方案的框图；以及

图7是在设备控制单元上实现的电力控制软件应用程序的模块的实施方案的框图。

具体实施方式

如图1所示的主控制单元10基本上是具有集成电路的定制数字设备，该集成电路被构造为封装在小型盒21中，该小型盒21可以在尺寸和形状上与用于有线电视操作的解码器相似。作为独立装置，主控制单元10包含具有微处理器23以及诸如存储器、输入输出接口、传感器和其他组件的所有必要的电子装置24的电子母板22。主控制单元10以正常的AC电力25或电池电力操作，并且具有可以使用网络电缆26和/或无线27装置的互联网连接，用于经由诸如以太网、Wi-Fi、蓝牙的计算机网络发送和接收数据。主控制单元10可以使用AC电源25、互联网网络电缆26、无线互联网27或FDM(频分复用)无线接口28与其他设备控制单元进行通信。主控制单元10可以具有插槽29用于插入具有的电子芯片31的智能用户卡30，以允许用户和/或USB接口32识别电缆或存储棒33，从而使得信息能够被容易地提取并插入到系统中。其还具有用于电力、通信和一般警报的指示灯34，以使用户能够容易地获得关键信息并作出相应的反应。通用模拟和数字接口35可用于允许主控制单元10连接到已经安装在现场或将来可以安装的其他设备。LCD显示器36或其他类型的显示器如触摸屏可用于允许在本地显示信息，例如电压、电流、操作时间和其他相关信息。使用触摸屏或其他用户接口的多个按钮37允许用户对系统进行输入或者选择不同的选项来显示信息。

如图2所示，其他设备控制单元20，如太阳能控制单元40、风力控制单元50、柴油发电机控制单元60和备用电池控制单元70可以通过改变配置档案采用与主控制单元10相同的硬件，使得该单元在发电系统中有预定不同的作用，或者采用略有不同的硬件，即由相同的基本计算机电路、集成电路和硬件部件构成，但是没有主控制单元10的一些特征，例如用于智能卡的插槽29。设备控制单元20可以具有不同数量的内部存储器、更多的模拟或数字接口以及电力发电机和电力管理系统需求特有的其他特征。

单一部件和硬件平台倾向于更具吸引力，因为单个通用单元提供的体积节省和供应和维护灵活性补偿了系统中一个单元和某几个单元中的一些冗余特征。为了避免混淆或者错误地设置主控制单元10或设备单元20，可以使LCD显示器36、触摸屏或其他类型的显示器显示已经配置了什么类型的单元并在包装上贴标签，可以提供特定控制单元盒上的颜色或其他指示。

图2示出了电源管理控制系统的典型实现。来自由电力公司供应的电力网11的电力到达用户并流过仪表12，使得可以测量消耗的能量以及最大瞬时电力。还有主电路断路器13将用户与电力网11断开。电力公用事业公司通常对仪表12和电路断路器13具有完善制定的标准，并且不允许可在此处改变设备操作的任何修改或设备安装。

在主电路断路器13之后，主电力线14用于通过未受保护的连接81将太阳能设备45、风力发电机55、发动机发电机65和备用电池设备75连接到用户设备80。提供受保护的电力线15以通过优先保护连接82和正常保护连接83将备用电池设备75连接到用户设备。

主控制单元10收集诸如电压和电流的信息并且控制电路断路器9，电路断路器9可以通过控制线16将未受保护的电力线14与电力网11断开。主控制单元10还收集诸如电压和电流的信息并控制电路断路器19，电路断路器19通过附加的控制线17通过未受保护的连接81来控制到用户设备80的电力的切换。

主控制单元10、太阳能控制单元40、风力控制单元50、发动机发电机控制单元60和备用电池控制单元70通过数据连接18交换信息。

太阳能设备45由太阳能控制单元40借助于多个模拟和数字太阳能控制线41来控制。太阳能控制单元40收集来自太阳能设备45的数据并将命令传送回太阳能设备45。太阳能控制单元40收集诸如电压和电流的信息，并且控制电路断路器43，电路断路器43可以通过太阳能控制线42将太阳能设备45与未受保护的电力线14断开。

风力发电机55由风力控制单元50通过多个模拟和数字风力控制线51来控制。风力控制单元50收集来自风力发电机55的数据并将命令传送回风力发电机55。风力控制单元50收集诸如电压和电流的信息并且控制电路断路器53，电路断路器53能够通过风力控制线52将风力设备55与未受保护的电力线14断开。

可以是柴油发动机或类似设备的发动机发电机65由发动机发电机控制单元60通过多个模拟和数字发动机发电机控制线61来控制。发动机发电机控制单元60收集来自发动机发电机设备65的数据并将命令传送回发动机发电机设备65。发动机发电机控制单元60收集诸如电压和电流的信息并且控制电路断路器63，电路断路器63可以通过发动机发电机控制线62将发动机发电机设备65与未受保护的电力线14断开。

备用电池设备75由备用电池控制单元70通过多个模拟和数字备用电池控制线71来控制。备用电池控制单元70从备用电池设备75收集数据并将命令传送回备用电池设备75。备用电池控制单元70收集诸如电压、电流和存储容量的信息并且控制电路断路器74，电路断路器74可以通过备用电池控制线72将备用电池设备75与未受保护的电力线14断开。备用电池控制单元70还通过备用电池附加控制线73来控制电路断路器76，电路断路器76通过优先保护连接82和正常保护连接83来控制用户设备80的切换。

单元和系统的配置和操作：

特定电力管理软件应用程序被写成可在主控制单元10、设备控制单元20、其他系统部件(例如电路断路器和开关)上访问和运行，以改变和重新导向通过电力容量以及成本分析确定的电力流。电力管理软件应用程序也可以使用诸如计算机、iPod、iPad、平板电脑、笔记本电脑、膝上型电脑、智能手机、手机或可用作处理单元的其他设备、显示单元、和/或给出处理指令的单元来访问，以与主控制单元10、设备控制单元20以及诸如电路断路器和开关的其他系统部件进行双向通信。控制单元10和20上以及其他数字设备上的电力管理软件应用程序的实现提供了用户可访问的高级特征，例如图象显示电力使用和成本信息的能力，以审查和改变发电设备和设备控制单元20的配置信息或执行优化用户的电力使用的其他操作。LCD显示装置36、触摸屏或其他显示器在视觉上向用户提供交易数据，所述交易数据已经由使用在主控制单元或设备控制单元20的计算机电路系统上实现的本发明的电力管理软件应用程序120进行了转换。显示设备36可以是监测器、平板电脑或其他可视计算机屏幕或图形用户接口(GUI)、打印机或提供来自微处理器的单元23的最终输出的视觉或其他类型的表示的其他数字设备。显示装置36也可以是将交易数据提供为数字档案的输出装置。基于微处理器的单元23提供用于处理交易数据的装置，以在预定的输出显示装置36或介质上产生容易辨别、信息性和有组织的图像和数据。

为了提高安全性，使用如图6所示的电力管理软件应用程序120的管理模块122的主控制单元10具有需要用户名和密码的访问系统来允许或限制对某些功能的访问。用户具有与现代计算机类似的不同类别和权限，并且系统将在其下次成功登录时向管理员和其他用户报告任何失败的登录尝试。还有其他安全措施，例如数据加密、在每次不成功的登录尝试之后配置时间延迟方可进行下一次登录尝试，以防止暴力攻击，在任何不成功的登录尝试发生的情况下，警报灯将在主控制单元10的易见位置处点亮，直到由路由级别管理员或具有此权限的用户进行确认和清除为止。

主控制单元10在出厂时具有预先配置有默认密码的根管理员用户。在第一次使用时，这个管理员用户将被用于配置不同类别的其他用户，例如管理员、经营、用户、访客等，每个类别具有他们特定的权限访问系统的不同功能。

根管理员应当仅由有资格的人员使用，并且优选地仅用于系统配置、升级和改变。为了安全起见，建议仅一个人可以访问根管理员用户，并且为了安全起见，尽快更改出厂默认路由用户密码。

用户只能对由相同级别或更低级别的用户创建的配置进行更改，所以用户不能更改路由用户创建的配置。这对于防止由意外或故意导致的电力管理系统的不期望的改变是有用的。

具有最高级别的用户层级作为根管理员提供了也可以用作建立业务的平台。例如，一家公司可以购买部分或全部设备，为另一家公司建立和安装本地发电厂。被接收公司被赋予的级别只能在常规管理员级别、经营者级别、用户级别和访客级别访问，但不能访问根管理员级别。拥有该系统的公司可以建立具有配置设定的管理系统，从而允许精确测量能量节省，并将其转化为实际的节省资金，并通过互联网将报告发送到其总部。然后，接收到设备的公司将按照合同约定的这些节省的一定百分比收取费用。获得该系统的公司通过如下受益：能够节省电力成本，而不需要预先投入资金来支付设备费用，而是用已经节省的费用来支付每月的费用。与此同时，还得益于电力管理系统的额外功能，例如更好地管理公司内部的电力使用、详细的电力消耗和节能报告、增加的电力安全性以及向电力网注入过剩电力的全面控制(如果被电力公司允许的话)或者与电力网暂时断开以将过剩电力重新输送到备用电池系统以供断电或来自电力网或本地发电系统的电力的低可用性期间使用。拥有发电设备的公司可以根据用户可以获得的服务诸如额度更新能源来创建不同的发电组合，并且维护以及分别为这些服务收取费用。可以做出许多其他可能的协议。

如果用户支付违约，拥有该设备的公司可以通过例如互联网远程发送命令，停用发电设备，迫使用户仅依靠自己的发电设备(如果可用的话)和/或来自电力公司的电力网的电力，从而消除所有节省。在电力管理系统中，系统保护可以防止用户断开或中断向发电设备传送命令或篡改设备可用的互联网连接。如果互联网连接物理上断开，则在例如经过30天的时间段没有中间互联网连接的预设时间之后，受影响的发电设备、主控制单元10和设备控制单元20将被自动禁用。通过在主控制单元10上实现的电力管理软件应用程序120的管理模块122，并且通过被给予特权的高级管理员，可设定和控制发电系统内停用部件的设置。接收发电系统的公司不能访问此管理级别，并且接收公司将无法更改停用的配置。以高级管理员登录的任何失败尝试都可以被阻止，并可以发送一讯息通知拥有发电设备的公司这种企图篡改的行为。

以这种方式，公司可以发展租赁发电设备的业务，其可以节约电力，并与接收电力管理系统的公司共享节省电力带来的财政成果。

默认情况下，任何单元都被配置为主控制单元10。当主控制单元10连接到发电设备，具有根管理员或管理员权限的用户可以通过提供必要的配置信息然后是将主控制单元10修改成设备控制单元20的发电设备相关信息，来将主控制单元10修改变成设备控制单元20。

主控制单元10的操作由控制单元电力管理软件应用程序120控制。图3示出了控制单元电力管理软件应用程序120的基本程序步骤的一个实施方案。在主控制单元10或设备控制单元20通电时，电力管理软件应用程序120开始运行90，初始化其自身91并加载配置档案92以确定控制单元会做什么。在没有加载配置档案的情况下，软件应用程序120采取主控制单元10的默认操作并等待配置。当控制单元配置档案组被正确加载时，软件应用程序120继续到正常操作部分93。

主控制单元10的配置档案组包含：

1.系统配置档案，其将当前单元指定为主控制单元10，并列出配置到电力管理系统中的所有设备控制单元20；

2.设备配置档案，其基于系统配置档案中所涉及的每个设备控制单元20控制的供电发电机设备的发电设备类型列出了技术数据，诸如发电设备的类型、最大输出电力、最大连续输出电力、维护时间表以及其他设备特定信息；

3.成本配置档案，其列出了设备配置档案中列出的每个供电发电机的发电成本以及由电力公司确定的电力网成本。数据可以从电力管理系统内的供电发电机收集和编译，并且与标明能量成本的外部来源进行比较，可以用于确定每种类型的发电机在任何特定时刻的千瓦/小时成本，或者确定在任何时间段(例如基于每天或每周)内的平均成本。

接下来，控制单元电力管理软件应用程序120读取电力管理系统内的每个发电机的所有输入变量94，例如从每个设备控制单元20提供的电压和电流。输入变量可以通过使用模拟或数字接口直接连接到主控制单元10，从而被传送到主控制单元10，并且可以首先采样这些变量94，并且从系统配置档案中列出的设备控制单元20传送的其他变量94可以通过可以是无线连接的数据连接18来获得。

然后，电力管理软件应用程序120计算用户设备80的电流消耗95以及从设备控制单元20收集的信息所提供的可用发电量。

主控制单元10然后通过从设备控制单元20传送命令和接收数据来管理来自发电设备的电力的分配，以增加或减少电力输出，并且通过控制电力管理系统内的电路断路器和开关来分配来自发电设备以及来自电力网96的电力，以使用户的能源成本最小化。管理电力程序在图4中更详细地示出。

管理电力程序开始100并且电力管理软件应用程序120确定用户的当前电力需求在预设时间段内是否已经增加或已经减少。如果供电发电机中之一发电能力已经改变，或者如果来自电力网11的电力的成本结构自上次定期评估以来已经改变，则由主控制单元10或者由控制受影响的发电机的设备控制单元20来设置电力不平衡标记。电力管理软件应用程序120执行电力不平衡标记101的状态检查，并且如果它被设置102，则电力管理软件应用程序120确定在每个发电机处产生的电力的成本并且与来自电力公司的电力网11的电力的成本进行比较并且以电力成本对供电发电机和电力网进行排名104。如果电力管理软件应用程序120确定发电机的成本低于电力网，则主控制单元10执行对电力管理系统内的部件如电路断路器9的命令以关闭来自电力网的电力并从为用户提供最便宜成本供电的发电机提供电力。此外，除非由最便宜的发电机提供的最大连续电力不足以应付用户要求，否则对设备控制单元20和电力管理系统内的部件的命令关闭来自其他供电发电机的电力，在这种情况下，电力管理软件应用程序120将最大连续电力分配给最便宜的发电机，并从用户所需电力中扣除此计算电力，并继续命令下一个最便宜的供电发电机供电，直到满足电力需求或者下一个发电机的发电成本等于或大于来自电力公司的电力网11的当前能量成本为止。

在另外的实施方案中，并且在用户允许的情况下，电力管理软件应用程序120管理备用电池控制单元105，使得在电力比电力网的电力成本便宜的情况下，当用户设备80在使用高峰时间需要比所安装的发电机能够产生的电力更多的电力时，备用电池设备75会在此期间供电。电力管理软件应用程序120控制电池的充电，使得当用户电力需求已经降低，并且供电发电机能够提供电力以应付用户需求和提供充电，或者当电力成本在24小时内的最低点从而可由电力网提供电力时，电池才会被安排再充电。在备用电池设备75要被再充电时，主控制单元10选择什么发电机可以执行该作业，或者按照类似的方法采用电力网电力来确定对备用电池设备75进行再充电的最佳布置和最小成本，同时管理为用户需求供电的电力。

在与电力公司的合同允许并且所安装的供电发电机能够以经济上可行的成本产生剩余电力的情况下，电力管理软件应用程序120计算发电机的输出以产生将被允许发送回电力网11的电力。如果电力管理软件应用程序120确定备用电池系统75被完全充电并且由最便宜的发电机提供的最大连续电力足以提供用户需求或者采用一个或多个其他供电发电机时存在电力过剩，则主控制单元10的电力管理软件应用程序120发出命令以将电力引导到电力网11。如果用户电力需求增加从而减少了可用过剩电力，则电力管理软件应用程序120发送命令以通过关闭对电力网11的供电并向设备控制单元20发信号以增加从其他发电机供应的电力(如果使用电力容量和成本分析，来自其他供电发电机的电力比来自电力网11的电力便宜)来调整向用户设备80供应的电力106。在没有允许向电力网11提供过剩电力的协议的情况下，或者在由于过载和频率调整问题而向电力网11注入电力时存在向用户罚款的情况下，主控制单元10通过发出命令将电力管理系统和供电发电机与电力网11隔离，从而保证来自供电发电机的过剩电力不会进入电力网11。主控制单元10可以向供电发电机处的电路断路器43、53或63、向用于备用电池的电路断路器74或向电路断路器9发出命令以防止电力被供应到电力网11。电力被引导到用户设备80并且过剩电力被引导到备用电池75。通过使用电力管理系统完全隔离供电发电机，去除了对用户向电力网11供电的罚款风险。另外，在一些实施方案中，每当电路断路器9闭合以允许连接到电力网11时，主控制单元10基于设定电力使用最小阈值的预编程最小使用变量向供电发电机和备用电池发出指令，这意味着至少预编程最小电力量会从电力网11流入用户设备80，使得即使在测量错误或电力激增的情况下也不在任何时间向电力网11供电。最小电力使用变量也可以由用户与供电公司之间的合同协议来设定。

在附图编号103的情况下，如果在特定循环中未检测到电力不平衡，则电力管理软件应用程序120转移107到管理电力程序的结尾108。

在图3中，在管理电力程序96之后，电力管理软件应用程序120继续记录97在每个供电发电机处产生的电力、用户设备80消耗的电力以及与制作消费、成本、能源效率的详细报告以及与发电设备有关的其他重要信息相关的所有变量。

然后，软件在编号93处分支回到正常操作，以读取变量并重新访问该情况，使得可以以非常短的时间间隔持续地监测和控制电力，并确保向用户供应恒定和安全的电力。

图5示出使用电力控制软件应用程序150的设备控制单元20的基本程序步骤的一个实施方案，电力控制软件应用程序150在设备控制单元20上安装和操作，并且可以通过有线或无线连接在其他数字设备上访问。在通电时，电力控制软件应用程序150开始运行100、初始化自身111并加载配置档案112以确定要做什么。当加载配置档案时，电力控制软件应用程序150采取设备控制单元20的默认操作并等待配置。如果设备控制单元的配置档案组被正确加载，则软件继续到正常操作部分113。

设备控制单元20的配置档案组包含：

1.系统配置档案，其指定当前单元为特定类型单元，如太阳能控制单元、风力控制单元、发动机发电机控制单元或备用电池控制单元或设备配置档案中指定的其他类型的供电发电机。系统配置档案列出配置到电源管理系统中的主控制单元10和所有设备控制单元20；

2.设备配置档案，其列出由设备控制单元20控制的发电设备的诸如最大输出电力、最大连续输出电力、维护时间表和相关的设备信息的技术数据；

3.成本配置档案，其列出由设备控制单元20控制的发电设备产生能量的成本。

接下来，电力控制软件应用程序150根据配置档案中定义的其职责，通过数据连接检查接收到的命令114，并读取所有输入变量115，例如电压和电流。

电力控制软件应用程序150然后执行接收到的命令以调节其控制的发电设备的电力116，并且将设备状态报告117主控制单元10，发送所有被指示要报告的配置档案中的信息，例如电压、电流、警报、操作状态以及其他与设备相关的具体信息。

电力控制软件应用程序150然后分支返回113以重复控制循环，使得可以以非常短的时间间隔控制来自发电机设备的电力，并且确保向用户设备80供应恒定且安全的电力。

如图6所示，在主控制单元10上实现的电力管理软件应用程序120包括监测和控制电力分配并提供实际电力输出、消耗和成本报告的模块，从而优化发电系统的效率。电力管理软件应用程序120包括管理模块122，其设定用户的权限，从而基于这些权限设定来限制用户的访问。电力管理模块124通过如下模块控制电力的分配：包括控制来自设备控制单元20的可用电力的发电机选择模块126、控制来自电力网11的电力的电力网选择模块128以及控制向电池控制单元70供电的电池选择模块130。电力管理模块124通过对从电力管理软件应用程序120的电力监测模块132提供的数据的实时分析来控制来自发电系统内的供电发电机、来自电力公司的电力网11和备用电池设备75的电力的贡献。

对电力监测模块132的实时分析独有地转换从消耗监测模块134、成本跟踪器模块136和电力跟踪器模块138接收的数据。消耗监测模块134测量用户现场处的电力消耗。成本跟踪器模块136通过互联网连接接收关于通过电力网11从电力公司接收的电力的每单位时间能量定价的数据，并且从设备控制单元20接收关于特定类型的供电发电机的每单元时间能量成本的数据。电力跟踪器模块138从发电系统内的每个设备控制单元20接收电力容量数据和其他信息。电力监测模块132将从电力消耗模块134、成本跟踪器模块136和电力跟踪器模块138接收的数据相关联和进行变换，并且如果来自任何发电机的容量被消耗超过和/或来自一个发电机的每单位时间的能量成本超过来自电力网11的能量成本，则触发电力管理模块124和向电力管理模块124发出警报。如果从任何发电机获得超过消耗需求的过剩容量，则电力监测模块132可以进一步提供警报，使主控制单元10向备用电池设备分配能量以使用电池选择模块130进行再充电。

由电力监测模块132提供的连续跟踪和实时数据提供关于成本、电力消耗和电力容量的数据，以被传送到报告产生器140。报告产生器140使用该数据来产生具体的使用报告，该报告包括发生电力切换的一天中的时刻、当电力切换发生时每个供电发电机和电力网11的容量，以及在使用发电系统的任何时刻处实现的发电成本和成本节省。从电力管理软件应用程序120执行的变换数据和分析，报告产生器140还可以使用电力计划模块142来创建特定的电力分配计划，其基于先前消耗需求、一天中的时间的高峰使用、季节性需求以及其他信息来优化电能使用，从而更有效地控制发电系统，并且如果允许的话，当与电力网11连接的其他用户在使用高峰期间具有高电力消耗时，将电力提供回电力网11。

如图7所示，设备控制单元20执行电力控制软件应用程序150，以控制电力输出并监测来自供电发电机的电力容量和信息。电力控制软件应用程序150具有控制用户访问设备控制单元20的设备管理模块152和将设备控制单元20配置成被控制的特定发电机的设备配置模块154，所述特定发电机例如太阳能发电机45、风力发电机55、柴油发电机65或其他发电设备。设备控制单元20的发电模块156基于电力管理软件120的成本、容量和消耗需求分析来从主控制单元10接收命令以供电或停止供电。电力管理软件120使用从设备控制单元20的设备电力监测模块158传送的数据。设备电力监测模块158转换从设备成本跟踪器模块160和设备电力跟踪器模块162产生的数据。设备成本跟踪器模块160可以通过互联网连接接受与发电设备类型特定的成本有关的数据，以提供每单位时间能量的实时成本。这些信息连同来自电力跟踪器模块162的数据提供给电力监测模块158。电力跟踪器模块162根据所测量的电压、电流、电力使用、供电发电机的最大和最小电力输出以及供电发电机所特有的其他信息来提供数据。设备电力监测模块158可以向主控制单元10连续地传送数据，该数据包括在任何时刻来自供电发电机的发电、传输和可用容量。设备电力监测模块158还将数据存储并发送到设备报告产生器164，以产生收集自发电机的数据的汇总，该汇总可以包括电力传输何时进行和持续多长时间、可用容量、每单位时间能量成本、以及发电机开启和关闭的具体时刻。主控制单元10使用从每个设备控制单元20收集和存储的实时数据来优化本地或小型发电系统内的电力使用。电力管理软件应用程序120的报告产生器140根据电力网11的电力定价和对来自备用电池设备75的电池电力使用的成本相比较，针对每个供电发电机产生收集自设备控制单元20的数据的汇总，该汇总可以包括供电发电机供电的每个电力传输何时进行和持续多长时间段、每个供电发电机的可用容量和每单位时间能量成本、从每个发电机供应到电力网11的电力、以及开启和关闭每个供电发电机的特定时刻。通过由电力管理控制系统提供的优化和分析，用户在使用发电系统时被实时提供节省实际成本，这是使用制造商指定的控制单元当前不可获得的信息。

由于在不脱离本文所涉及的本发明的精神和范围的情况下可以在上述发明中做出某些改变，因此上述说明或附图中所示的所有主题旨在应当被解释为仅作为示例说明本文中的本发明构思并不应当被解释为限制本发明。

Claims (28)

1.一种电力管理控制系统，包括：

主控制单元；

具有集成电路的多个设备控制单元，所述集成电路通过数据连接连接到所述主控制单元，并且将所述多个设备控制单元中的每一个连接到多个供电发电机中的一个。

2.根据权利要求1所述的电力管理控制系统，其中，所述主控制单元包括电力管理模块，以在可编程网络内同时操作地控制所述多个设备控制单元，以管理来自发电系统内的所述多个供电发电机的电力的分配。

3.根据权利要求2所述的电力管理控制系统，其中，所述电力管理模块包括：

发电机选择模块；

电力网选择模块；

电池选择模块；并且

其中，所述电力管理模块控制来自所述多个供电发电机、所述电力网和所述电池的电力的贡献。

4.根据权利要求3所述的电力管理控制系统，其中，所述主控制单元包括电力监测模块；并且

其中，所述电力管理模块利用执行电力消耗、电力成本和电力容量的实时分析的所述电力监测模块来控制来自所述多个供电发电机、所述电力网和所述电池的电力的贡献。

5.根据权利要求4所述的电力管理控制系统，其中，所述电力监测模块包括：

消耗监测模块，其测量用户现场的电力消耗；

成本跟踪器模块，其通过互联网连接接收从所述电力网接收的电力的每单位时间的能量成本，以及接收来自所述多个供电发电机中的每一个的电力的每单位时间的能量成本；

电力跟踪器模块，其接收来自与所述多个供电发电机中的每一个连接的所述多个设备控制单元中的每一个的电力容量数据；并且

其中，所述电力监测模块确定来自所述供电发电机的电力的实时成本。

6.根据权利要求5所述的电力管理控制系统，其中，所述电力管理模块通过基于所述多个供电发电机、所述电力网和所述电池当中具有每单位时间最低能量成本的那一个选择供应电力，以优化能量使用。

7.根据权利要求6所述的电力管理控制系统，其中，所述电力管理模块将来自所述供电发电机中的至少一个的电力注入到所述电力网。

8.根据权利要求6所述的电力管理控制系统，其中，所述电力管理模块暂时断开所述发电系统与所述电力网，以防止来自所述发电系统的电力注入到所述电力网。

9.根据权利要求2所述的电力管理控制系统，其中，所述电力管理模块使用最小电力使用变量来设定阈值，以当所述发电系统连接到所述电力网时确保来自所述电力网的电力的最小消耗。

10.根据权利要求5所述的电力管理控制系统，其中，所述主控制单元包括报告产生器，以产生使用报告，所述使用报告包括：

所述多个供电发电机中的每一个的容量；

任何电力切换时的时间；

每单位时间的能源成本；

发电成本；以及

在任何时刻实现的节省成本。

11.根据权利要求10所述的电力管理控制系统，其中，所述主控制单元包括电力计划模块，所述电力计划模块从使用所述报告产生器编译的数据实现可配置的电力计划，以根据至少下述条件当中的一项来控制电力的供应，以使能源节省最大化：所述多个供电发电机中的每一个的可用容量、每单位时间能量成本、一天中的时间期间的峰值使用、一年中的季节、断电时的可用电力，以及用户的舒适性和安全性。

12.根据权利要求2所述的电力管理控制系统，其中，所述主控制单元包括管理模块，为了不支付费用，所述管理模块在所述可编程网络内同时减少或停用所述多个供电发电机中的一个或多个的电力输出。

13.根据权利要求1所述的电力管理控制系统，其中，所述多个设备控制单元中的每一个包括：

管理模块；

设备配置模块；

发电模块；

电力监测模块；以及

设备报告产生器。

14.根据权利要求13所述的电力管理控制系统，其中，所述设备配置模块将所述多个设备控制单元中的每一个各自配置成所述多个供电发电机中的特定供电发电机，以控制和收集来自所述特定供电发电机的数据。

15.根据权利要求14所述的电力管理控制系统，其中，所述发电模块基于所述主控制单元的命令控制来自受控的所述特定供电发电机的电力的供应。

16.根据权利要求14所述的电力管理控制系统，其中，所述设备控制单元的所述电力监测模块包括：

成本跟踪器模块，其通过互联网连接接收被控制的所述特定供电发电机的每单位时间能量成本；

电力跟踪器模块，其测量至少电压、电流、电力使用、最大和最小电力输出以及与被控制的所述特定供电发电机有关的信息当中的其中一项。

17.根据权利要求16所述的电力管理控制系统，其中，所述设备报告产生器编译来自被控制的所述特定供电发电机的数据，所述数据包括何时存在电力传输以及存在电力传输持续多长时间段、可用容量、每单位时间能量成本、以及电力传输开启和关闭时的具体时刻。

18.根据权利要求1所述的电力管理控制系统，包括管理系统，所述管理系统允许第三方充分利用所述电力管理控制系统，而所述管理系统保留所述电力管理系统内的对所述主控制单元和设备控制单元的操作控制，如果需要的话，通过超驰用户命令和设置以降低性能或停用来自所述多个供电发电机中的至少一个的电力来确保支付。

19.一种用于发电系统的电力管理的指令的计算机可读介质，包括：

用于配置多个设备控制单元以使所述多个设备控制单元中的每一个控制和收集发电系统内多个供电发电机中的一个的数据的指令；

用于配置主控制单元以向所述多个设备控制单元传送命令以及从所述多个设备控制单元接收数据的指令；

用于配置所述主控制单元以控制电力公司的电力网和所述发电系统供应予接收电力公司的电力网和发电系统的电力的用户现场的电力的指令；

用于确定从所述电力公司的电力网向所述用户现场供应的每单位时间能量成本的指令；

用于确定从所述多个供电发电机中的每一个供应到所述用户现场的每单位时间能量成本的指令；

一个指令，其基于确定所述多个供电发电机和所述电力网中具有每单位时间最低能量成本的那一个来控制来自所述多个供电发电机中的每一个和所述电力网的电力的贡献。

20.根据权利要求19所述的用于发电系统的电力管理的指令的计算机可读介质，包括：

用于确定从所述电力公司的电力网和从所述发电系统接收电力的所述用户现场的电力消耗需求的指令；

用于确定所述多个供电发电机中的每一个的可用电力容量的指令；

如下指令：基于具有每单位时间最低能量成本的所述多个供电发电机中的一个的容量来供电，并且如果所述容量不足以满足所述电力消耗需求，则发送指令以从所述多个供电发电机中的下一个供电发电机或具有每单位时间第二低能量成本的所述电力网供应电力，并且发送指令以将来自所述多个供电发电机和所述电力网的电力相结合，直到满足所述电力消耗需求为止。

21.根据权利要求20所述的用于发电系统的电力管理的指令的计算机可读介质，包括用于基于所述发电系统的过剩容量将来自所述发电系统的电力引导到所述电力网的指令。

22.根据权利要求19所述的用于发电系统的电力管理的指令的计算机可读介质，包括用于暂时断开所述电力网与所述发电系统以防止向所述电力网注入电力的指令。

23.根据权利要求19所述的用于发电系统的电力管理的指令的计算机可读介质，包括设置最小电力使用阈值以当所述发电系统连接到所述电力网时确保来自所述电力网的最小电力消耗的指令。

24.一种管理发电系统内的电力分配的方法，包括：

配置多个设备控制单元以使所述多个设备控制单元中的每一个控制和收集来自发电系统内的多个供电发电机中的一个的数据；

配置主控制单元以向所述多个设备控制单元传送命令和从所述多个设备控制单元接收数据；

配置所述主控制单元以控制供应至从电力公司的电力网和所述发电系统接收电力的用户现场的电力；

确定从所述电力公司的电力网向所述用户现场供应的每单位时间的能源成本；

确定从所述多个供电发电机中的每一个向所述用户现场供应的每单位时间的能量成本；

基于确定所述多个供电发电机和电力网当中具有每单位时间最低能量成本的那一个，来控制所述多个供电发电机中的每一个和所述电力网的电力的贡献。

25.根据权利要求24所述的管理发电系统内的电力分配的方法，包括：

确定从电力公司的电力网和从所述发电系统接收电力的所述用户现场的电力消耗需求；

确定所述多个供电发电机中的每一个的可用电力容量；

基于具有每单位时间最低能量成本的多个供电发电机中的每一个的容量来控制来自所述多个供电发电机中的每一个和所述电力网的电力的贡献，并且如果所述容量不足以满足所述电力消耗需求，则发送指令以从所述多个供电发电机中的下一个供电发电机或具有每单位时间第二低能量成本的所述电力网供应电力，并且将来自所述多个供电发电机中的每一个和所述电力网的电力相结合，直到满足所述电力消耗需求为止。

26.根据权利要求25所述的管理发电系统内的电力分配的方法，包括基于所述发电系统的过剩容量将电力从所述发电系统引导到所述电力网。

27.根据权利要求24所述的管理发电系统内的电力分配的方法，包括暂时断开所述电力网与所述发电系统以防止向所述电力网注入电力。

28.根据权利要求24所述的管理发电系统内的电力分配的方法，包括设定最小电力使用阈值以确保当所述发电系统连接到所述电力网时来自所述电力网的电力的最小消耗。