CN114361885A - 智能插座 - Google Patents

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CN114361885A CN202210003252.4A CN202210003252A CN114361885A CN 114361885 A CN114361885 A CN 114361885A CN 202210003252 A CN202210003252 A CN 202210003252A CN 114361885 A CN114361885 A CN 114361885A
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G.塞拉
伊兰.约瑟考维奇
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Abstract

本申请公开了智能插座。本文描述的各种实施方式涉及用于使用一个或更多个智能插座来管理连接到一个或更多个电源的一个或更多个负载的系统、装置和方法。本文描述的装置可以包括被配置为与一个或更多个控制器通信并且响应地连接和断开与其连接的电气负载的智能插座。本文描述的方法可以包括发信号和/或控制一组负载中的一个或更多个负载以连接到一个或更多个电源或从一个或更多个电源断开连接。

Description

智能插座
本申请是申请日为2017年11月15日、申请号为201711128364.8、发明名称为“智能插座”的发明专利申请的分案申请。
背景
一些电气系统包括一组负载和输入电源，该输入电源有时可能无法供应足够的电力来满足该组负载的总功率需求。在另一种情况下，一些电气网络包括一组负载和多于一个的电源，并且如果一个或更多个电源断开连接，则可能存在由其余电源所供应的功率可能不能满足电气网络中负载的总功率需求的风险。
例如，用户的处所(例如，房屋或办公室)可以连接到主电网以及替代电源，诸如备用储存设备(诸如电池、飞轮、电容器和/或超级电容器)或可再生能源系统。当发生诸如主电网停电的事件时，或者主电网供应的电力中断的其他紧急情况，可能存在系统可能产生的功率低于电器所需的功率的风险。在这样的系统中，对某些电器保持供电可能是至关重要的。例如，在房屋或办公室中，在发生这样的事件的期间，生命支持系统、冰箱或安全相机将继续工作可能是至关重要的，而跑步机、电视机或微波炉可根据用户的优先级而断开连接以节约电力。
因此，可能需要在数个负载之间的智能优先配电系统。
概述
下面的概述仅用于说明的目的，而不旨在限制或约束详细描述。
本文公开的特征可以包括用于在可用功率可能低于与负载相关联的总功率(例如，负载所需的功率)的情况下或在可能存在需要考虑诸如能量学或财力限制的其他考量的时候根据优先级标签断开负载的方法。
除了使用术语“订户的处所”之外，特征的描述可以使用例如房屋或办公室的示例。在所有情况下，这些示例都是非限制性的，并且可以用任何其他处所来替换。
本文公开的特征可以采用用于根据优先级标签、可用功率、可用能量、成本和/或功率需求中的一个或更多个来切换电力负载的方法和装置。
说明性特征可以包括使用“智能插座”，例如具有通信和/或控制能力的电插座，其被配置为从由电插座提供的电力电源连接和断开负载。
在说明性电气系统中，一组电力负载可以电连接或可连接到一个或更多个电力电源。例如，除了一个或更多个替代电源(例如，光伏电源、储存设备、电池、风车、燃料电池、飞轮等)之外，包括数十个电器的家庭可以连接或可连接到电网。替代电源可以用作减少从电网消耗的功率的辅助电源。另外或可选地，替代电源可以用作备用电源，其确保在电网断电期间对电力负载的持续供电。
在一个或更多个特征内提及的光伏(PV)源和PV发生器可以是PV电池、PV串、PV子串、PV电池板、PV电池板的阵列和/或PV瓦(shingles)。
在一个或更多个特征内提及的功率转换器和/或转换器可以是逆变器、微逆变器、电荷泵转换器、AC/DC转换器和/或DC/DC转换器。
根据本文公开的特征，可从输入电源生成的功率可低于操作可连接到电气网络的电力负载可能需要的功率。在这种情况下，可能存在负载中的一些或全部可能无法正常工作的风险。根据优先级标签从电气网络断开负载中的一个或更多个可以减少负载的总功率需求，并且允许可能仍然连接到电气网络的其余负载接收足够的功率以正常工作。
根据本文公开的特征，由电源生成的功率可足以支持在有限时间内操作可连接到电气网络的所有电力负载所需的功率。在这种情况下，在这段有限时间之后可能存在负载中的一个或更多个负载可能无法正常工作的风险。从电气网络断开负载中的一个或更多个负载可以降低负载所需的总功率，从而降低从电源汲取的能量的速率并且延长电源可以向关键负载适当地提供功率的时间段。
根据本文公开的特征，由电源生成的功率可能足以支持操作可连接到电气网络的电力负载中的全部或大部分电力负载所需的功率，但是能量的价格在某一时间段内可能较高。例如，一些公用事业电网特色为动态定价模式，其中从电网中汲取电力的成本可能根据一天的进程而变化。在这种情况下，人们可能希望降低从电源消耗的功率，直到价格降低。从电气网络断开负载中的一些可以降低负载的总功率需求，并且可能在能源价格较高的时间段期间降低电力成本。
一些特征可能针对上面提到的一些或所有的限制，即功率不足、能量不足和/或成本高。
根据本文公开的特征，可以根据可分配给每个负载或负载组的优先级标签来做出哪些负载连接到电气网络以及哪些负载断开连接的决定。根据本文公开的特征，如果具有较低优先级的负载可能已经断开，则可以断开高优先级负载。
根据本文公开的特征，用户可以根据用户偏好手动设置每个负载或负载组的优先级，以及根据本文公开的特征，设置优先级可以是可被编程来设置优先级的计算机自动执行的过程。
例如，电源可以向负载供应电力，并且在发电不足的情况下(即，当负载可能需要的功率比电源可能产生的功率更高时)，可以断开一些负载以便降低负载所需的功率来确保负载中的至少一些负载可以正常工作。
根据本文公开的特征，可以支持电气网络的不同元件之间的通信以允许信息的共享，以便优化负载的管理。系统管理单元可以与开关电路通信以控制负载的连接和断开。根据本文公开的特征，系统管理单元可以直接与负载进行通信以更新优先级。通信可以经由多种方法进行(例如，电力线通信或其他有线或无线通信方法)。
在特征的一个或更多个特征内引用的电源可以包括主电网、微电网、电池、燃料电池、可再生能源(诸如光伏系统、风力涡轮机、水轮机等)以及具有发电用途或结果的任何其他系统。在几乎所有情况下，都有可能用另一个电源来替换一个电源。因此，尽管在每个特征中可能作为示例给出一种类型的电源，但是特征可以包括这些前述电源中的每一个。
在特征的一个或更多个特征内引用的电连接可以根据实现电力通过其的流动的目的在插座、入口(inlets)、插头，插接口(sockets)、电线、变压器或任何其他设备之间变化。
在特征的一个或更多个特征内引用的开关可以是具有两个或更多个端子的并且可以允许或阻断电流从一个端子流向其他端子的设备。在仅具有两个端子的开关的情况下，将开关“接通”导致开关允许电流从一个端子流向另一个端子，而将开关“切断”导致开关阻断电流从一个端子流向另一个端子。应该理解的是，本领域的普通技术人员可以稍微修改本文公开的方法来反转这个定义。这种修改的方法在本文公开的特征的范围内。
根据说明性的特征，开关电路及其控制可以被设计用于电源之间的负载的快速和有效的切换。一些特征可以包括包含一个或更多个并联连接的开关设备的开关电路。例如，说明性的单刀多掷(SPMT)开关可以使用多个并联连接的分支来实现。每个分支可以包括与机电继电器并联的晶体管(例如，MOSFET-金属氧化物半导体场效应晶体管，或IGBT-绝缘栅双极晶体管)。继电器可以提供低稳态电阻，并且晶体管可以提供快速切换响应并限制在切换期间继电器上的电压降。
在一些示例性特征中，配电板可以包括一个或更多个集成开关电路，以用于将配电板的一个或更多个子电路连接到一个或更多个电源中选定的电源。根据本文的公开的特征，配电板可以被初始设计成包括用于将子电路连接到不同电源的开关电路。根据本文公开的特征，开关电路可以对现有配电板改造成增加切换负载的功能。
为了便于将负载从一个电源平滑地切换到另一个电源，特征可以包括同步电源电压以避免向负载提供特征为不连续的电源电压信号。例如，根据本文公开的特征，将来自DC电源的直流(DC)电力转换成交流(AC)电力的功率转换器可以与电网同步，并且被配置为输出与电网相同幅度、频率和相位的AC电压。
其他特征包括用于监视某些电力系统中的负载分配的用户界面。系统所有者或运营商可以能够查看具有负载、开关、优先级和电源之间的映射的系统负载、电源、开关和优先级的列表。根据本文公开的特征，该列表可以是在计算设备(诸如计算机监视器、平板电脑、智能电视、智能手机等)上可见的图形用户界面(GUI)。根据本文公开的特征，系统运营商可以能够通过GUI手动设置开关的优先级(例如，通过按压按钮或触摸触摸屏)。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于使用一个或更多个智能插座管理连接到电源的一个或更多个负载的方法，所述方法包括：测量由电源提供的功率；测量经由一个或更多个智能插座从所述电源接收功率的一个或更多个负载的功率需求；比较所测量的由所述电源提供的功率和所述一个或更多个负载的所述功率需求，响应于确定所述一个或更多个负载的所述功率需求大于第一阈值，向所述一个或更多个智能插座中的一个或更多个智能插座发信号以断开连接；以及断开所述一个或更多个负载中的一个或更多个负载的连接。
根据本公开的实施例，其中，所述电源是光伏电源。
根据本公开的实施例，其中，所述电源是公用电网。
根据本公开的实施例，其中，发信号通过电力线通信执行。
根据本公开的实施例，其中，发信号通过改变所提供的交流电源的幅度和频率中的至少一者来执行。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：将一个或更多个优先级标签分配给所述一个或更多个负载中的一个或更多个负载；并且其中，断开所述一个或更多个负载中的一个或更多个负载的连接根据所述一个或更多个优先级标签来进行。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：测量由所述电源提供的功率；测量所述一个或更多个负载中的仍然从所述电源接收功率的负载的功率需求；响应于确定断开连接的负载中的一个或更多个负载能够重新连接而功率需求不会超过第二阈值，发信号给一个或更多个智能插座以重新连接所述断开连接的负载中的一个或更多个负载。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，所述装置包括：第一电连接，其被配置为连接到一个或更多个负载；第二电连接，其被配置为经由电力线连接到一个或更多个电源；第一开关，其联接第一电连接和第二电连接；第一优先级标签，其与所述一个或更多个负载相关联；和
第一通信设备，其被配置为与主控制器通信，其中，所述第一开关被配置为由所述主控制器基于所述第一优先级标签来进行控制。
根据本公开的实施例，所述装置还包括次级控制器，其中，所述次级控制器被配置为基于所述第一优先级标签来控制所述第一开关。
根据本公开的实施例，其中，所述第一电连接、所述第二电连接、所述第一开关、所述次级控制器和所述第一通信设备被封装在设计成安装在处所中的表面上或表面中的外壳中，并且其中，所述第二电连接连接到在所述表面上或在所述表面中的电力线。
根据本公开的实施例，其中，所述主控制器和所述第一开关放置在控制到处所的电功率的配电板的附近，并且所述第一电连接位于所述处所的表面上。
根据本公开的实施例，其中，所述次级控制器被配置为测量与所述一个或更多个负载相关联的功率需求。
根据本公开的实施例，其中，所述次级控制器被配置为，从所述主控制器接收信息，关于所述第一优先级标签处理所述信息，并且控制所述第一开关。
根据本公开的实施例，其中，所述第一通信设备被配置为通过电力线通信(PLC)进行通信。
根据本公开的实施例，其中，所述电力线承载包括频率和幅度的交流电流，且其中，所述第一通信设备被配置为检测所述交流电流的所述幅度和所述频率中的一者或更多者的改变。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括：外壳，其被配置为安装在处所中的表面上或表面中；第一电连接，其被配置为连接到一个或更多个负载；第二电连接，其被配置为经由电力线连接到一个或更多个电源，其中，所述第二电连接被连接到在所述表面上或在所述表面中的电力线；第一开关，其联接第一电连接和第二电连接；第一优先级标签，其与所述一个或更多个负载相关联；第一通信设备，其被配置为与主控制器通信；以及次级控制器，其中，所述次级控制器被配置为基于所述第一优先级标签和从所述主控制器接收的指令来控制所述第一开关，其中，所述第一电连接、所述第二电连接、所述第一开关和所述控制器被封装在所述外壳中。
根据本公开的实施例，其中，所述主控制器和所述第一开关放置在控制到处所的电功率的配电板的附近。
根据本公开的实施例，其中，所述次级控制器被配置为测量或接收与所述一个或更多个负载相关联的功率需求值。
根据本公开的实施例，其中，所述次级控制器被配置为，使用所述通信设备从所述主控制器接收信息，关于所述第一优先级标签处理所述信息，并且基于所处理的信息控制所述第一开关。
根据本公开的实施例，其中，所述第一通信设备被配置为经由电力线与所述主控制器进行通信。
根据本公开的实施例，其中，所述电力线承载包括频率和幅度的交流电流，且其中，所述通信设备被配置为检测所述交流电流的所述幅度和所述频率中的一者或更多者的改变。
根据本公开的实施例，其中，所述通信设备还被配置为与第二装置进行通信，所述第二装置包括：第三电连接，其被配置为连接到一个或更多个第二负载；第四电连接，其被配置为连接到一个或更多个电源；第二开关，其联接所述第一电连接和所述第二电连接；第二优先级标签，其与所述一个或更多个第二负载相关联；第二通信设备，其被配置为与所述主控制器通信；以及第三控制器，其中，所述第三控制器被配置为基于所述第二优先级标签来控制所述第二开关，其中，所述装置和第二装置被配置为连接到电气网络。
根据本公开的实施例，其中，所述一个或更多个电源包括光伏电源。
根据本公开的实施例，其中，所述一个或更多个电源包括公用电网。
根据本公开的实施例，其中，所述次级控制器还被配置为：接收由所述一个或更多个电源中的电源提供的可用功率值；将所述可用功率值与由所述电源提供的先前功率值的记录进行比较；测量从所述电源接收功率的所述一个或更多个负载的功率需求；以及响应于确定断开连接的负载中的一个或更多个负载能够重新连接而功率需求不会超过第二阈值，发信号给一个或更多个智能插座以重新连接所述断开连接的负载中的一个或更多个负载。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括：第一电连接，其被配置为连接到一个或更多个负载；第二电连接，其被配置为经由电力线连接到一个或更多个电源；第一开关，其联接所述第一电连接和所述第二电连接；第一优先级标签，其与所述一个或更多个负载相关联；以及第一通信设备，其被配置为与主控制器通信，其中，所述第一开关被配置为由所述主控制器基于所述第一优先级标签进行控制，其中，所述第一电连接、所述第二电连接、所述第一开关和所述第一通信设备被封装在外壳中，所述外壳被设计为安装在处所中的表面上或表面中，并且其中，所述第二电连接被连接至在所述表面上或在所述表面中的电力线。
根据本公开的另一方面，提供了一种电气网络系统，包括：电气网络，其包括一个或多个电源；主控制器；第一装置；以及第二装置。第一装置包括：第一电连接，其被配置为连接到一个或更多个第一负载；第二电连接，其被配置为经由第一电力线连接到所述电气网络；第一开关，其联接所述第一电连接和所述第二电连接；第一优先级标签，其与所述一个或更多个第一负载相关联；和第一通信设备，其被配置为与所述主控制器通信，其中，所述第一开关被配置为由所述主控制器基于所述第一优先级标签进行控制。第二装置包括：第三电连接，其被配置为连接到一个或更多个第二负载；第四电连接，其被配置为经由第二电力线连接到所述电气网络；第二开关，其联接所述第一电连接和所述第二电连接；第二优先级标签，其与所述一个或更多个第二负载相关联；和第二通信设备，其被配置为与所述主控制器通信，其中，所述第二开关被配置为由所述主控制器基于所述第二优先级标签进行控制。
根据本公开的另一方面，提供了一种装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制开关，其中，所述一个或多个电源包括交流AC电源或直流DC电源。
根据本公开的另一方面，提供了一种系统，包括:多个第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；多个第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到房屋表面上或表面中的电力线；多个开关，联接所述多个第一电连接和所述多个第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述多个开关中的至少一个开关。
根据本公开的另一方面，提供了一种系统，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中，所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；多个开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置成基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述多个开关。
根据本公开的另一方面，提供了一种系统，包括：第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中，所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；被配置为设置所述优先级标签的组件，其中所述优先级标签是基于所述组件的状态来确定的；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中所述组件包括电子旋转选择器、DIP开关、电子滑动选择器或存储在非暂时性计算机可读介质中的数字代码中的至少一个。
根据本公开的另一方面，提供了一种装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中，所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；断路器，连接到所述第二电连接；开关，联接所述第一电连接和所述断路器；与一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
根据本公开的另一方面，提供了一种系统，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到电气储存设备，其中所述第二电连接连接到房屋表面上或表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中，所述电气储存设备包括电池、燃料电池或飞轮中的至少一个。
根据本公开的另一方面，提供了一种方法，包括:测量由电源提供的功率；使用一个或多个智能插座测量从所述电源接收功率的一个或多个负载的功率需求；响应于确定所述一个或多个负载的功率需求大于阈值，通过改变所述电源的幅度和频率中的至少一个，向所述一个或多个智能插座中的智能插座的控制器发信令，其中所述阈值与所提供的功率相关；和基于所述信令断开所述一个或多个负载，其中使用连接到所述控制器的开关来执行所述断开。
根据本公开的另一方面，提供了一种方法，包括:由系统控制设备确定主电网是否连接到至少一个智能插座；当所述系统控制设备确定所述主电网连接到至少一个智能插座时，广播第一信号以使所述至少一个智能插座将至少一个负载连接到所述主电网；和当所述系统控制设备确定所述主电网没有连接到所述至少一个智能插座时，广播第二信号以使所述至少一个智能插座将至少一个负载从所述主电网断开。
根据本公开的另一方面，提供了一种方法，包括:由系统控制设备确定主电网是否连接到至少一个智能插座；由所述至少一个智能插座确定由所述至少一个智能插座配置的负载优先级；当所述主电网被连接时，由所述系统控制设备广播第一信号，其中所述第一信号被配置为基于所述负载优先级将所述至少一个智能插座设置为接通状态；和当所述主电网被断开时，由所述系统控制设备广播第二信号，其中所述第二信号被配置为基于所述负载优先级将所述至少一个智能插座设置为切断状态。
根据本公开的另一方面，提供了一种系统，包括第一装置和第二装置，第一装置包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个第一负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；第一开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与一个或多个第一负载相关联的第一优先级标签；第一通信设备，被配置为与第一主控制器通信；和第一次级控制器，其中所述第一次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述第一优先级标签来控制所述第一开关；第二装置包括:第三电连接，被配置为连接到一个或多个第二负载；第四电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到在表面上或表面中的电力线；第二开关，联接所述第三电连接和所述第四电连接；与一个或多个第二负载相关联的第二优先级标签；第二通信设备，被配置为与第二主控制器通信；和第二控制器，其中第二次级控制器被配置为基于从所述第二主控制器接收的指令和所述第二优先级标签来控制第二开关，其中，所述第一主控制器和所述第二主控制器彼此通信。
根据本公开的另一方面，提供了一种装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由第一电力线连接到一个或多个AC电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；第三电连接，被配置为经由第二电力线连接到一个或多个DC电源，其中所述第三电连接连接到所述表面上或所述表面中的电力线；第一开关，联接所述第一电连接、所述第二电连接和所述第三电连接；与一个或多个负载相关联的第一优先级标签；第一通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述第一优先级标签来控制所述第一开关，其中，所述第一电连接包括AC导体和DC导体。
根据本公开的另一方面，提供了一种装置，包括:图形用户界面GUI，用于从操作者接收与一个或多个负载中的至少一个负载相关联的优先级标签的输入；主控制器，被配置为从GUI接收优先级标签；和通信单元，被配置为从主控制器接收所接收的优先级标签，并且被配置为将所述优先级标签发送到连接到至少一个负载的至少一个智能插座的次级控制器。
根据本公开的另一方面，提供了一种装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到表面上或表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中次级控制器被配置为(a)测量与所述一个或多个负载相关联的功率需求值，(b)将所述功率需求值发送到所述主控制器，以及(c)从所述主控制器接收指令。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括:外壳，被配置为安装在房屋的表面上或表面中；第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到所述表面上或所述表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，并且所述次级控制器被配置为(i)使用所述通信设备从所述主控制器接收信息，(ii)处理关于所述优先级标签的信息，以及(iii)基于所处理的信息来控制所述开关，以及其中,所述第一电连接、所述第二电连接、所述开关和所述次级控制器被封装在所述外壳中。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接被连接到在表面上或表面中的电力线，并且其中电力线承载包括频率、电流和电压幅度的交流电，并且其中通信设备被配置为检测所述交流电的电压幅度、电流和频率中的一个或多个的改变；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；所述通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制开关。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括:外壳，被配置为安装在房屋的表面上或表面中；第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接被连接到在所述表面上或所述表面中的电力线，其中所述一个或多个电源包括光伏电源；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中所述第一电连接、所述第二电连接、所述开关、所述优先级标签和所述次级控制器被封装在所述外壳中。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到在表面上或表面中的电力线，其中所述一个或多个电源包括公用电网；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到在表面上或表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置成基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中所述次级控制器还被配置为:接收由一个或多个电源中的电源提供的可用功率值；将所述可用功率值与由所述电源提供的先前功率值的记录进行比较；测量从电源接收功率的一个或多个负载的功率需求；和响应于确定在所述功率需求不超过第二阈值的情况下能够重新连接一个或多个断开的负载，向一个或多个智能插座发信令以重新连接一个或多个断开的负载。
根据本公开的另一方面，提供了一种智能插座装置，包括:第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；通信设备，被配置为与主控制器通信；和次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
如上所述，本概述仅仅是本文所述的特征中的一些的概述，并被提供用于以简化的形式引入概念的选择，在以下详细描述中对其进行了进一步描述。该概述并非穷尽的，并非旨在确定所要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，并且也并非是对权利要求的限制。
附图说明
本公开的这些和其他特征、方面和优点将关于以下描述、权利要求和附图变得更好理解。本公开仅是以示例的方式示出，而非通过所附附图来进行限制，其中相似的数字指示相似的元件。
图1根据说明性特征示出了具有依赖于优先级的开关的电路。
图2根据说明性特征示出了电气网络。
图3a根据说明性特征示出了集中控制方法。
图3b根据说明性特征示出了分散控制方法。
图4根据说明性特征示出了集中控制方法和分散控制方法的组合。
图5根据说明性特征示出了智能插座。
图5a根据说明性特征示出了旋转开关。
图6根据说明性特征示出了房屋经由配电板与电源的连接。
图7根据说明性特征示出了智能断路器。
图8根据说明性特征示出了电气网络。
图9a根据说明性特征示出了用于切换的方法。
图9b根据说明性特征示出了用于切换的方法。
图10根据说明性特征示出了用于操作广播信号的方法。
图11根据说明性特征示出了用于操作广播信号的方法。
图12根据说明性特征示出了用于切换的方法。
图13根据说明性特征示出了在控制器之间的通信。
图14根据说明性特征示出了在控制器之间的通信。
图15根据说明性特征示出了在控制器之间的通信。
图16根据说明性特征示出了电气系统。
图17根据说明性特征示出了关于双系统的方案。
图18根据说明性特征示出了关于双系统的方案。
图19根据说明性特征示出了双智能插座。
图20a根据说明性特征示出了关于GUI中的页面的示例。
图20b根据说明性特征示出了GUI中的页面的示例。
图21a和图21b根据说明性特征示出了关于双智能插座的设计的示例。
图22根据说明性特征示出了关于双智能插座的设计的示例。
详细描述
在以下各种说明性特征的描述中，对附图进行了参考，该附图构成本发明的一部分，并且在附图中以图解方式示出其中本公开的各个方面可以被实践的各个特征。应当理解的是，可利用其它特征，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可做出结构和功能的修改。
为了清楚和减少视觉噪声，本文公开的附图中的许多附图具有单线电连接的特征，其中通常使用多线连接。应当理解的是，根据本文公开的特征，一些单线电连接将被实施为两条线路(例如，直流(DC)正线和直流(DC)负/地线))或者三条或更多条线路(例如，一些三相交流(AC)系统特征为三条线路，并且一些包括第四条，“中性”线路)。
电功率可以被定义为每时间单位消耗或产生的能量的量。在特定时间间隔内由电源供应的电功率的积分可以被定义为在该时间间隔内由电源供应的能量。一些电力电源可能具有有限的功率，意味着它们具有对它们可供应的能量的速率的限制。其他电力电源可能具有有限的能量，意味着它们可能无法供电无限的时间。一些电源可能具有两种限制的组合。
根据本文公开的特征，主电网可以是智能电网，支持基于时间的定价计划或使用实时或日前每小时电费率的动态定价计划。例如，瓦时的价格可以在电网上广播，并且当价格可能较高或超过阈值价格时，系统控制设备可以通过降低本地电气网络的功率需求来做出相应的反应。实现这一目标的一种可能的方式可以是通过假定可能存在从主电网接收到关于当前瓦时的价格的信息。可以为瓦时的价格设置阈值。当高于所述阈值时，系统控制设备如所描述的那样对断电做出反应，从而实现较小的功率需求。阈值可以根据用户偏好随时间动态改变。
根据本文公开的特征，在可以实现PLC的情况下，对于PLC可以使用多个频带。控制器或通信设备可以选择具有良好SNR的频带。这可能有助于克服低SNR问题。
根据本文公开的特征，在可以实现PLC的情况下，可以添加滤波器以滤除用于PLC的频率中的噪声。这可以改善SNR。
现在参考图1，其示出了电气网络100，其包括输入电源101、电力负载102、开关103(例如继电器、IGBT、MOSFET)、控制器105和优先级标签104。优先级标签104可以与负载102关联或与开关103关联。优先级标签104可以被控制器105读取。电源101可以是DC电源或AC电源。开关103可以根据优先级标签104进行“接通”或“切断”。为了使负载102正常工作，来自电源101中的可用功率应当满足来自负载102的功率需求。只要来自负载102的功率需求可以保持低于或等于来自电源101的可用功率，负载就可以正常工作。如果来自电源101的可用功率可能小于来自负载102的功率需求，那么负载102可能不工作，或者可能以恶化或受损的性能来工作。
控制器(例如，图1的控制器105)可以在不同的平台上实现，例如模拟电路、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)设备或其他可适用的设备。在其中电源中的一个电源可以是包括诸如逆变器的功率转换器的光伏(PV)系统的特征中，控制器可以位于功率转换器中，该功率转换器可以是PV系统的一部分，或者可以位于与功率转换器通信的处所中的不同位置中。
根据本文公开的特征，控制器可以具有存储用于管理控制器操作和用户界面的软件的存储器，并且可能期望的是定期更新控制器(例如上面讨论的控制器105、下文讨论的图8中的主控制器803和/或控制器802a，和/或下面讨论的图5的控制器501等)的软件。软件可以操作控制器(例如“接通”和“切断”开关)、进行测量、向其他控制器发送/接收信息，和/或管理与用户交互的图形用户界面(GUI)。如果可能不存在与外部网络的连接，则用户可以手动更新软件。在包括包含主控制器(下面参照图4讨论)的多个控制器的系统中，主控制器可以连接到互联网。制造商或供应商可以经由互联网远程更新主控制器的软件。然后，主控制器可以经由一条或更多条通信线路将软件更新发送到其他控制器(也是下面参照图4进行讨论)。根据本文公开的特征，可以将控制器的每个连接到互联网。在一种情况下，将控制器连接到互联网可以消除对主控制器的需要，从而简化了系统。
根据本文的公开的特征，控制器105可以配备有使得其能够测量总谐波失真(THD)的传感器。如果控制器105检测到高THD，则控制器105可以被配置为断开开关103。THD可以定义为谐波分量的功率之和与基频功率之比。
控制器105可以控制开关103。它可以将开关103设置为“接通”，即允许电流从开关103的一个端子流到另一个端子，或者其可以将开关103设置为“切断”，即阻断电流流过开关103。控制器105可以根据优先级标签104来控制开关103。优先级标签104可以由用户根据用户偏好来定义，并且其可以由控制器105来读取。优先级标签104可以被储存在控制器105的存储器中。
现在参考图2，其示出电气网络200。电气网络200包括统称为“电源201”的电源201a...201n、统称为“负载204”的负载204a...204n、统称为“电连接202”的电连接202a...202n、开关203、控制器205和优先级标签206。电气网络200可以从电源201接收功率，并且经由电连接202将电力传输到负载204。开关203可以具有将负载204中的一个或更多个负载从电源201断开和进行连接的能力。通过从电源201断开负载204中的一个或更多个负载，可以降低负载204的总功率需求，从而可能使其他连接的负载能够接收更多的功率。例如，如果电源201的发电能力是有限的，并且负载204中的连接的负载的功率需求可能高于极限，则断开负载204中的一个或更多个连接的负载可导致较小的功率需求，使得来自电源201的可用功率可满足需求。
从电气网络200断开负载(例如，负载204a)可以通过改变开关203中的一个或更多个开关的状态来执行。根据本文公开的特征，从电气网络连接和断开负载可涉及改变一个开关的状态或改变多于一个的开关的状态。控制器205可以将开关203设置为接通/切断位置，以这种方式使得负载可以从电气网络200断开。
根据一个或更多个规则或标准，控制器205可以控制负载204的断开和连接。根据本文公开的特征，可以使用基于优先级的规则。例如，可以为每个负载或负载组分配优先级标签。根据本文公开的特征，每个负载接收其自己的优先级标签，且根据本文公开的特征，优先级标签可以被多个负载共享。然后每个负载(或对应的开关)可以根据分配给该负载的优先级标签来进行管理。
优先级标签的分配可以不同地实现。根据本文公开的特征，每个负载可以包括可读存储器设备，其中负载的优先级标签存储在设备上。根据本文公开的特征，每个负载可以还具有用于将其优先级标签传达给控制器的通信电路。根据本文公开的特征，控制器205可以具有保存查找表的存储器设备，其中可以存储每个连接的负载的优先级标签。电连接202a-202n可以将负载204联接到开关203，使得各个负载可以通过开关203连接到电源201和与之断开。
根据本文公开的特征，两个元素可以是可比较的。例如，如果元素具有部分地以可进行比较的二元关系≤进行排序的集合，则当x≤y或y≤x时，两个元素x和y可以是可比较的。
控制器205可以根据优先级切换方法来控制开关203的切换。优先级切换可以基于一个或更多个变量。变量可以定义如下：
·ai＝第i个开关。i的值可以在1和开关的数量之间。
·p(ai)＝属于ai的优先级标签。
·“接通”＝可以由开关控制的电连接连接到一个或更多个电源。
·“切断”＝可以由开关控制的电连接与电源断开。
假定p(ai)对于每个i都是可比较的，根据优先级切换必须满足以下条件：
对于每个j和k，如果p(aK)>P(aj)，则ak仅在aj仅被切换为“切断”时被切换为“切断”，并且aj仅在ak被切换为“接通”时被切换为“接通”。
条件中的不等号的方向可以根据优先级标签的顺序(降序或升序)反转。例如，根据上述条件，可以将具有最高优先级标签的开关或开关组最后切换为“切断”，并且可以将具有最低优先级标签的开关或开关组首先切换为“切断”。当反转不等式的方向时，具有最高优先级标签的开关或开关组可以首先切换为“切断”，并且具有最低优先级标签的开关或开关组可以最后切换为“切断”。
根据本文的公开的特征，优先标签的值可以被存储在可以是控制器的一部分的存储器设备(例如，非易失性或易失性存储器、磁存储器、只读存储器、闪存等)或可以添加到控制器的外部存储器设备中。用户或软件服务可以通过向存储器设备写入对于优先级标签的期望值来改变优先级的值。在其中用户手动设置优先级的其他特征中，优先级标签可以存储在物理开关(例如，拨动开关、滑动开关、旋转编码开关、多刀多掷开关)中。
根据本文公开的特征，可能期望具有与负载的操作或当前状态相匹配的动态优先级标签。例如，PC监视器接通时可以设置为高优先级，而在待机模式下可以设置为低优先级。在第一示例中，这可以使用可以与智能插座进行通信并且公开关于其操作的信息的智能负载来实现。在第二示例中，这可以使用用于估计负载的操作的一个或更多个方法来实现。
根据本文公开的特征，优先级标签(例如，图2的优先级标签206)可以属于两个值的集合。再次参考图2，所示出的系统包括一个或更多个电源201a-201n、电力负载204a-204n以及可以将电源201a-201b连接到负载204a-204n的开关203(switches)的电气网络。开关203的每个开关可以与优先级标签(priority labels)206的优先级标签相关联。优先级标签206的每个优先级标签可以被分配两个可能值中的一个。这些可能的值可以指示第一优先级或第二优先级标签，其中第一优先级标签高于第二优先级标签。
控制器205可以根据来自电源201的总可用功率和能量、与负载204相关联的功率需求以及优先级标签206中的一个或更多个来控制开关203。例如，控制器205可以调节与连接的负载204相关联的功率需求。在一种情况下，来自电源201的可用功率可以是20kW，并且负载204可以包括八(8)个负载，其中每个负载可能需要3kW。在这种情况下，负载204的总功率需求则是24kW。负载204的总功率需求(24kW)高于由电源201提供的总功率(20kW)。控制器205可以改变开关203中的一个或更多个开关的状态，使得具有最低优先级的负载204中的一个或更多个负载可以从电源201断开连接。例如，负载204a和负载204n可以具有最低的优先级，并且可以与电源201断开连接。假定负载204a和负载204n各自具有3kW的负载，负载204a和204n断开连接之后的总功率需求是18kW，这可以由电源201(其具有20kW的可用功率)来满足。
通过一个或更多个控制器切换开关的系统可以利用各种配置来完成。图3a示出了使用集中控制方法的系统300a，其中单个控制器302切换开关301a...301n。也就是说，控制器302可用于将开关301a...301n中的每一个切换到“接通”位置或“切断”位置。图3b示出了可以使用分散控制方法或分布式方法的系统300b。每组开关303a...303m具有相应的控制器304a...304n。控制器304a-304n可以通信以便共享诸如功率测量和优先级标签的信息。在一个示例中，多个开关可以组合成单个组，并且一个控制器可以控制单个组中的开关的每个。
图4示出了使用混合控制方法的系统400，该系统包括统称为开关405的开关405a-405m、统称为控制器406的控制器406a-406n以及主控制器407。控制器406中的每个控制器控制开关405中的一个或更多个开关的组。主控制器407可以经由集中控制系统与控制器406通信并且控制控制器406。根据本文公开的特征，控制器406可以彼此通信并绕过主控制器407。
控制器(例如，控制器304a-304n、控制器406a-406n和/或主控制器407)可以使用各种方法和技术彼此通信。根据本文公开的特征，主控制器(例如，主控制器407)和其他控制器(例如，控制器406a-406n)之间的通信可以是单工通信。在单工通信中，信息可以仅在一个方向上传输。例如，主控制器407可以仅向其他控制器406发送信息，但可能不从控制器406接收信息，反之亦然。根据本文公开的特征，可以使用半双工或全双工通信，其中控制器可以彼此双向地发送和接收数据。
控制器(例如，控制器406a-406n和/或主控制器407)之间的通信可以在诸如无线、电力线、电话线或互联网线路和专用线路之类的各种介质上，并且也可以各种通信协议(诸如ZigBeeTM、ZigBee家庭自动化、Wi-Fi、蓝牙TM、x10、以太网、各种蜂窝协议、PLC或可能被认为合适的任何其他通信协议。例如，如果主控制器407已经具有内置Wi-Fi，则将Wi-Fi芯片集成在智能插座中可能是有利的。在连接性可能是不可接受的区域(例如，主控制器407可能是屋顶安装的功率转换器的一部分，并且一些智能插座可能埋在地下室中)中，或者在某些情况下为了增加可靠的通信，PLC可能是优选的。
根据本文公开的特征，诸如图4的主控制器407或图6的控制器604的控制器可以通过在电力线上调制高频信号(例如，以1kHz、10kHz、100kHz、1MHz或甚至更高的频率)来与诸如图4的控制器406a的其他控制器或诸如图6的智能插座602a(下面讨论)的智能插座通信。电力线通信(PLC)使用现有的电力线作为网络电缆进行通信。例如，控制器可以使用诸如频移键控(FSK)的频率调制方案来用于通过频率改变为可以用于传输功率的AC信号来传输信息。
根据本文公开的特征，信号也可以是不存在信号。例如，通信设备可能预期接收到某个信号，并且当没有检测到这样的信号时，通信设备可以将其解释为改变，例如，通信设备可以被配置为每10秒接收“ok”信号，如果没有收到“ok”信号，则通信设备可能会如同接收到“非ok”信号一样作出反应。
根据本文的公开内容的特征，诸如图4的主控制器407的主控制器可以位于公用电力供应商(例如发电厂)处。在这种情况下，公用电力供应商可以使用主控制器以通过连接和断开非关键负载来控制用户的功率消耗。用户可以接收财务奖励以换取安装可以由公用电力供应商断开的智能插座。例如，当公用电力供应商可能无法跟上电力需求(例如，当前的负载需求或预期的负载需求可能高于阈值，例如当前或预期的电力生产)时，它可能会偏移由公用发电厂生产的AC功率的频率。为了最小化对所连接的负载的干扰，偏移可能是少量的，例如直到％1或直到5％的标称频率。频移可以由智能插座来检测，该智能插座可以根据频移来断开连接。当公用发电厂可能生产过剩的电力时，公用电力供应商可能再次偏移由公用发电厂所生产的AC功率的频率，且智能插座可能检测到这种偏移，并响应地重新连接。
可选地，主控制器可以被集中(例如“在云中”)软件服务替代。测量值和控制信号可以通过互联网从控制器进行传输和传输到控制器。由于电话线路通常不依赖于主电网，因此在断电期间该特征可能非常稳健。
现在参考图5，根据说明性特征描绘了智能插座。智能插座500可以被封装在设计成放置在处所中的任何内部或外部表面上(例如，墙壁、天花板、地板、桌子、台面等)的外壳中。智能插座500的电连接509可以经由可以位于智能插座500所放置的表面之上或之中的电力线而连接到电源507。智能插座500还可以被设计为通过将电连接509设计为可以插入现有电插座的电源插头而连接到处所中的现有电插座。智能插座500可以包括控制器501、开关502、电连接509和电连接503。控制器501可以是本文描述的控制器中的任何一个，诸如以上参照图1、图2、图3a、图3b、图4等讨论的那些控制器。开关502可以将电连接503联接到电连接509。电连接503可以提供到负载504的连接，并且电连接509可以提供到电源507的连接。开关502可以控制从电源507到负载504的功率传输。根据本文公开的特征，通信设备506可以嵌入在智能插座500中，并且根据本文公开的特征，通信设备506可以是可以连接到智能插座500的外部通信设备。
通信设备506可以被不同地实现。例如，通信设备506可以使用电力线通信(PLC)方法通过电力线进行通信。根据本文公开的特征，通信设备506可以包括无线收发器，并且可以使用诸如ZigBeeTM、Wi-Fi、蓝牙TM和/或蜂窝网络的无线技术和协议进行通信。
优先级标签508的值可以由用户手动设置、由与智能插座500通信的智能负载自动设置，或由控制器501自动设置。分配给优先级标签508的值可以根据电气网络中的事件来设置、重置和/或修改。优先级标签508的值可以存储在控制器501可读的存储器中(例如，在内部控制器存储器中，或者在与控制器耦合的内部或外部存储器设备中)，或者在可以由用户设置的多掷开关的状态中。例如，图5a示出了具有八(8)个状态的旋转开关511。每个状态可以表示可以被传递给控制器512的优先级标签513。返回到图5，通信设备506可以接收指示可由电源供应的功率、可由电源供应的可能的功率、在本地电气网络中的智能插座的功率需求、对于每个负载的优选的优先级标签的数据以及其他相关数据。
仍然参照图5，控制器501可以被配置为通过分析由负载504汲取的电流的波形(例如，检测诸如电流大小、谐波含量、频率等的参数)或任何其他可用遥测技术来检测负载504的类型或负载504正在执行的操作。基于该分析，控制器501可以为负载504设置优先级标签508。
根据本文公开的特征，智能插座500可以包括小型能量储存设备(例如，电池和/或电容器)。如果连接到智能插座500的负载在短时间段内具有高的峰值功率需求，则这可能整形功率需求曲线，并且可能降低峰值需求。储存设备可以充当低通滤波器，从而，包括高频率的信号可以被储存设备滤波。如果电源产生的功率太多，即超过负载所需，则其可被作为能量存储在储存设备中。当负载需要比电源能够产生更多的功率时，它可以从存储在储存设备中的能量中获得额外的功率。例如，可能产生高达5W的电源为在空闲模式下不需要任何功率的负载供电，并且在有源模式下每1分钟需要10W持续1秒。当负载处于有源模式时，储存设备可以传递负载所需的额外5W，并且当负载处于空闲模式时，储存设备可以通过存储由电源产生的多余电力来“充电”。
现在参考图6，其示出了处所605、统称为电源601的电源601a-601n、统称为智能插座602的智能插座602a-602n、配电板603、控制器604以及开关电路606。电源601经由配电板603连接到处所605。智能插座602可以位于处所605内部或附近，并且可以经由开关电路606连接到配电板603。控制器604可以控制开关电路606。控制器604可以是本文中所描述的控制器中的任何一个，诸如以上参照图1、图2、图3a、图3b、图4和/或图5所讨论的那些。控制器604可以通过切断开关电路中的一个或更多个开关来使智能插座602中的任何智能插座从电力断开连接，由此将配电板603的输出端从一个或更多个智能插座602断开。智能插座602可以分布在处所605的不同部分中。控制器604可以位于配电板603附近或内部。开关电路606可以是将配电板603联接到智能插座602的设备。
仍然参照图6，电源601a可以是可以能够提供高功率量的主电网，而601b可以是产生有限功率的电源，诸如PV电源(例如PV电池、PV模块、PV瓦等)、电池、风力涡轮机、飞轮或其他替代电源。如果电源601b是直流(DC)电源，则电源601b可以经由直流到交流(DC-AC)转换器连接到配电板603。在主电网(电源601a)断电或功率降低的情况下，电源601b可以供应足够的功率来满足处所605中的功率需求。如果电源601b没有产生足够的功率来满足处所605中的功率需求，则控制器604可以通过断开智能插座602a-602n中的一个或更多个智能插座来调节功率需求，以获得其中功率需求比电源601b能够供应的最大功率低的操作状况。
仍然参照图6，各种系统部件之间的通信可以以各种方式来实现。例如，如果电源601a是主电网并且功率通过AC电流传输，则控制器604和智能插座602a-602n之间的通信可以使用电力线通信(PLC)协议或可以被智能插座602a-602n识别的由电源601a提供的任何其他电力信号的改变(例如，振幅或频率的改变)来实现。例如，公用电网可以向智能插座602a-602n以具有240Vrms电压的50Hz交流电提供电力。智能插座602可以被配置为检测频率和/或电压的暂时变化。例如，智能插座可以被配置为对以51Hz的频率递送约100毫秒的功率进行响应(例如，断开或连接负载)，和/或对以250V的幅度递送约100毫秒的功率进行响应。
配电板603可以包括一个或更多个断路器，当电流可能太高时，断路器可以断开电流。断路器的这种性质可用于安全性(例如，当可能存在短路时防止电线过热和/或停止电流)。根据本文公开的特征，通过用可由控制器604控制的智能断路器代替断路器，可将开关电路606集成到配电板603中。图7示出了可包括断路器711、开关712和控制器713的智能断路器710的示例。智能断路器710联接电网715和家用负载714。断路器711提供所需的安全性和保护性质，并且开关712提供断开电网715与可以连接到智能断路器710的负载714的连接的能力。
回到图6，可以使用各种系统部件之间的通信来在不同的元件之间传输数据。例如，控制器604可以发送命令来连接或断开开关电路606中的开关，向智能插座602发送关于可用功率和/或优先级更新的信息。智能插座602可以向控制器604发送测量结果，为了不同的目的在彼此之间共享信息，诸如发送和接收功率测量结果，以便计算当前可用功率和消耗功率，和/或共享关于连接的负载的信息以便动态地改变优先级标签。
现在参考图8，其图示了根据说明性特征使用两个优先级控制方法的系统。系统800包括电源804、统称为“负载805”的负载805a-805n、统称为“开关801”的开关801a-801n、统称为“控制器802”的控制器802a-802n、主控制器803、可选的储存设备806和存储器807。开关801中的每个开关或开关组可以经由控制器802中的对应控制器来控制。开关801中的每个开关或开关组可以具有第一优先级标签或第二优先级标签。第一优先级标签的值可以指示比第二优先级标签的值更高的优先级。优先级标签的值可以被存储在诸如存储器807的存储器中。控制器802中的每个控制器和主控制器803可以具有其自己的存储器，或者每个控制器可以与一个或更多个控制器共享一个或更多个存储器。系统800的功率供应与功率需求的比率可以是两种模式中的一种。在第一模式中，负载805的功率需求可以通过由电源804供应的功率来满足。在第二模式中，负载805的功率需求可能不被电源804供应的功率所满足。当电源804能够向负载805供应足够的电力时，开关801可以被“接通”，而不管它们的优先级标签如何。当电源804可能不向负载805供应足够的功率时，具有与第二优先级标签相关联的控制器的开关801中的开关组可以被断开连接，并且具有与第一优先级标签相关联的控制器的开关801中的开关组可以保持“接通”。从而，作为负载805的子集的连接的负载的功率需求可能小于负载805的总功率需求。通过降低总的连接的负载的功率需求，就有更大的机会使得功率需求现在可以被电源804供应的功率来满足。
在另一个示例中，对于包括两个电源的系统可以有四种电源模式。在第一模式中，第一电源和第二电源都可以连接到系统负载。在第二模式中，第一电源可以连接到系统负载(即，它可以能够向系统负载提供功率)，并且第二电源可以从系统负载断开连接(即，它可能不能够向系统负载提供功率)。在第三模式中，第一电源可以从系统负载断开连接(即，它可能不能够向系统负载提供功率)，并且第二电源可以连接到系统负载(即，它可能能够向系统负载提供功率)。在第四模式中，第一电源和第二电源都可以从系统负载断开连接。
第一电源可以支持几乎任何功率需求，第二电源可以提供有限的输出功率。当第一电源和第二电源都连接到系统负载时，这些电源可以为系统提供足够的功率。当第一电源连接并且第二电源断开连接时，这些电源也可以向系统提供足够的功率。当两个电源都断开连接时，可能无法满足功率需求，因为可能无法向系统提供足够的功率。当第一电源断开连接且第二电源连接时，可能存在与第二电源提供的功率有关的两种可能的情况。在一种情况下，由第二电源提供的功率可以高于功率需求，并且在第二种情况下，由第二电源提供的功率可以不高于功率需求。如果由第二电源提供的功率高于功率需求，则可以由第二电源向系统供应足够的功率。如果由第二电源提供的功率低于所连接的负载的功率需求，则第二电源可能无法向系统800供应足够的功率。
另外，当第一电源断开且第二电源连接时，可能存在与由第二电源提供的能量有关的两种可能的情况。在一种情况下，由第二电源提供的能量可能高于系统在特定时间间隔内的能量需求。在第二种情况下，由第二电源提供的能量可能不高于在特定时间间隔(例如，涉及电力储存设备的电源)上的能量需求。在第二种情况下，可能希望从电源中汲取较少的功率直到第一电源连接到系统为止。
在这两种情况下(即，当第一电源断开并且第二电源连接并且其中第二电源提供的功率或能量不高于需求时)，可能需要或期望通过断开负载来降低功率需求。这可以通过断开一个或更多个负载来实现。例如，如图8所示，主控制器803可以向控制器802发送信号。该信号可以指示系统模式的改变。响应于接收到信号，控制器802中的每个控制器可以从系统断开负载805中的一个或更多个负载。在一个示例中，每个控制器或开关可以执行图10的方法1050(下面讨论)。
在一些特征中，可能期望测量系统800内供应的功率和功率需求。例如，智能插座可以包括用于测量电压、电流和/或功率(例如，功率表，电压表和电流表)并且将测量结果提供给相关联的控制设备的测量设备。根据本文公开的特征(例如，在具有两个电源的系统中，其中一个电源可以是主电网并且第二电源可以是有限电源)，则可能不需要测量供应给系统的功率。如果可以预先知道第二电源可以提供的电力量，并且可以由第二电源提供的电力量可能足以支持电气网络中的负载子集，则足以确定主电网是否连接到系统。这可以通过检测孤岛效应来执行。如上所述，在一个示例中，系统可以具有两个电源，其中一个电源可以是主电网而第二电源可以是有限电源。当仅连接有限电源时，可以假设可能需要自动降低功耗。如果连接主电网，则开关可以被“接通”。当主电网断开连接时(例如由于孤岛效应)，具有第二优先级标签的开关可被断开连接。这种能力可以通过不同系统中的不同方式来实现，这取决于构成系统的部件。例如在PV系统中，可以存在连接在第二电源(例如，PV发电机)与第一电源(例如，电网)之间的转换器(例如，DC/AC逆变器)。转换器可以具有检测主电网的断开连接的能力(例如，检测孤岛效应的能力)。孤岛检测可以使用各种方法来执行，包括：
·被动方法，例如，欠压/过压/欠频/过频、频率变化率、谐波检测等。
·主动方法，例如，负序电流注入、阻抗测量、滑动模式频移等。
·基于公用设施的方法(例如，使用通过电网发送的信号、转移-跳闸方法等。
在一些情况下，本地公用事业可能需要将孤岛检测作为用于将替代电源连接到主电网的先决条件，也称为防孤岛效应保护。这可涉及包括具有停止向主电网输送功率同时维持对本地网络的电力供应的能力的元件。这可以通过增加开关来实现，当断电时可以断开主电网，并在电力恢复时重新连接。在关于图6所示特征的系统中可能已经实现了利用孤岛效应检测的这一性质的优点。
现在参考图9a，其根据说明性特征示出了关于在电气网络中进行优先级切换的方法950的流程图。方法950可以由本文中提到的一个或更多个控制器(诸如控制器205或控制器302)中的任何一个执行，并且可以应用于本文提到的电气系统中的任一个，诸如系统100、系统200、系统300a、系统300b等。为了简化方法950的描述，可以假设初始(即，在步骤900处)开关被“接通”。本领域技术人员将能够在不同的初始条件下将该方法应用于电气系统。变量p保存当前分配给连接到电源的负载中的任一个的最低优先级标签的值。在步骤900处，将变量p设置为“0”，在方法950的该说明性特征中，“0”可被假定为当前分配给连接到电源的负载的最低优先级标签。
在步骤901处，执行方法950的控制器比较来自电源的可用功率(显示为Ps)和电气系统的负载的功率需求(显示为Pd)。控制器可以接收可用功率(例如，由诸如图2的电源201的电源产生的功率)的一个或更多个测量值和负载的当前功率需求(即，诸如图2的负载204a-204n的一组负载所需的功率量)。测量值可以由包括在控制器(例如，图2的控制器205)中的多个传感器/传感器接口或设备直接测量，或者可以经由一个或更多个通信设备(例如，上面讨论的图5的通信设备506)提供给控制器。如果在步骤901处确定可用功率可能不满足功率需求(即，Pd>Ps)，执行方法950的控制器前进到步骤903。在步骤903处，控制器将具有p优先级标签的开关转换为“切断”。在步骤905处，可以将p的值增加1，然后方法返回到步骤901以检查功率需求是否小于可用功率。如果这还不够(即，可能在下一次迭代的步骤901处再次确定Pd>Ps)，则该方法再次可以前进到步骤903，其中具有的优先级标签等于p的新值(在此为“1”)的开关可以被切断。方法950可以重复该过程，直到功率需求足够低(即，小于可用功率)。
如果在步骤901处确定功率需求小于来自电源的可用功率(即，Pd<Ps)，则该方法可从步骤901前进到步骤904。在步骤904处，控制器可以将具有优先级水平p(在此为“0”)的开关连接到电源。该方法然后可以进行到步骤905，其中控制器可以在步骤906处将p减少1，但是不小于系统中的最小优先级标签。如果p的值已经是系统中最低优先级标签的值，那么p可以保持不变。
现在参考图9b，其根据说明性特征示出了关于电气网络中进行优先级切换的方法960的流程图。方法960可以由本文中提到的一个或更多个控制器中的任一个(诸如，控制器205和/或控制器302)来执行，并且可以应用于本文中提及的任何电气系统，诸如系统100、系统200、系统300a、系统300b等。为了简化方法960的描述，假设初始(即，在步骤900处)开关被“接通”。本领域技术人员将能够在不同的初始条件下将该方法应用于电气系统。变量p保存当前分配给连接到电源的负载中的任一个的最低优先级标签的值。在步骤910处，变量p可以被设置为“0”，在方法960的这个说明性特征中，“0”被假定为当前分配给连接到电源的负载的最低优先级标签。
在步骤911处，执行方法960的控制器可以比较来自电源的可用功率(显示为Ps)和负载的功率需求(显示为Pd)。控制器可以接收可用功率(例如，由诸如图2的电源201的电源产生的功率)的一个或更多个测量值和负载的当前功率需求(即，诸如图2的负载204a-204n的一组负载所需的功率量，)。测量可以通过多个传感器/传感器接口或通过包括在控制器(例如，图2的控制器205)中的设备直接测量，或者可以经由一个或更多个通信设备(例如，下面讨论的图5的通信设备506)提供给控制器。如果在步骤911处确定可用功率可能不满足功率需求(即，Pd>Ps)，执行方法960的控制器前进到步骤913。在步骤913处，控制器将具有p优先级标签的开关转换为“切断”。在步骤915处，p的值可以增加1，然后该方法可以返回到步骤911以检查功率需求是否小于可用功率。如果这还不够(例如，可能在下一次迭代的步骤911处再次确定Pd>Ps)，则该方法再次可以前进到步骤913，其中具有的优先级标签等于p的新值(在此为“1”)的开关可以被切断。方法960可以重复该过程直到功率需求足够低(即，小于可用功率)。
如果在步骤911处确定功率需求小于来自电源的可用功率(即，Pd<Ps)，则该方法可从步骤911前进到步骤912。在步骤912处，控制器可以检查是否可以连接具有优先级p的开关而不与不等式Pd<Ps冲突(其中，Pd表示负载的功率需求而Ps表示电源的可用功率)。换句话说，控制器可以确定将具有优先级p的负载连接到电源是否可能导致可用功率的量超过来自负载的功率需求。如果在步骤912处确定将具有优先级p的负载连接到电源将可导致可用功率的量超过来自负载的功率需求，则实现方法960的控制器可以返回到步骤911以检查是否又是Pd<Ps。如果该比较的结果已经从该方法的前一次迭代改变，则该改变可以指示功率需求或可用功率或两者的变化。如果在步骤912处确定将具有优级p的负载连接到电源可能不会导致可用功率的量超过来自负载的功率需求，则方法960可以进行到步骤914。在步骤914处，控制器可以将具有优先级p(在此为“0”)的开关连接到电源。该方法然后可以进行到步骤916，其中控制器可以将p减少1，但是不小于最小优先级标签。如果p的值已经是最低优先级标签的值，那么p可以保持相同。方法960然后可以返回到步骤911，其中可以针对下一组开关(即，具有p-1的优先级的开关)重复方法960。
方法950和960(如图9a和图9b中所述)可以各自用于在其中系统内的一个或更多个电源可以产生足够的功率但是由电源存储的能量(即，电源随着时间的推移提供电力的能力)可能不足以支持对于长时间段产生足够的电力的事件。在这种情况下，可能需要减少能量需求，这可以通过降低功率需求(即，通过从电源断开负载)来完成。例如，诸如电池的电力储存设备可以充电有10KWh并且可以用作对于负载的电源。如果连接到电池的负载的功率需求为2kW，则电池充电可能持续5小时，但如果负载的功率需求降低到1kW，则电池充电可持续10小时。
现在参考图10，其呈现了用于管理具有两个电源的电力系统的示例方法1050。这两个电源中的一个电源可以是替代电源(例如PV电源、储存设备、风车或其他替代电源)。系统还可以包括多个智能插座，诸如图5所示的智能插座。与多个智能插座相关联的优先级标签集合可以具有两个元素，第一优先级标签和第二优先级标签。第一优先级标签的值可以指示比第二优先级标签的值更高水平的优先级。方法1050可以由系统控制设备执行，诸如图3a的控制器302或图8的主控制器803。在具有PV源的系统中，系统内的转换器可以包括系统控制设备。
系统控制设备可以在步骤1000处启动方法1050，其中系统控制设备可以确定主电网是否连接到智能插座。在一个示例中，系统控制设备可以利用孤岛效应检测方法来确定主电网是否被连接。如果控制器在步骤1000处确定主电网连接到智能插座，则系统控制设备可以前进到步骤1001。在步骤1001处，系统控制设备可以广播第一信号。第一信号可以广播对应于第一优先级标签的值的值。该信号可以由智能插座接收，并且可以向智能插座指示电源可以提供足够的功率来支持系统中的负载。作为响应，智能插座可以根据接收到的第一信号执行方法1160(下面描述)的步骤1115。如果在步骤1000处确定主电网没有连接，则系统控制设备可以前进到步骤1002，其中系统控制设备可以广播第二信号。第二信号可以广播对应于第二优先级标签的值的值。第二信号可以由智能插座接收并且可以向他们指示电源可以支持系统中的负载的子集。作为响应，智能插座可以根据接收到的第二信号执行方法1160(下面描述)的步骤1113。
现在参考图11，图11呈现了可以由上面参考图10讨论的系统内的智能插座执行的示例方法1160。方法1050和1160可以分别由系统控制设备和智能插座同时或几乎同时执行。每个智能插座可以独立执行方法1160，或者可以有主控制器执行每个智能插座的方法1160，并将所得命令传递到智能插座。在步骤1110处，智能插座可以被初始化为“接通”。在步骤1111处，每个智能插座可以确定其优先级是否被设置为第二优先级标签。如果智能插座在步骤1111处确定其优先级不是第二优先级标签的值，则不采取动作并且该方法可以返回到步骤1111。智能插座的优先级被设置为第一优先级标签的值，其表示在任何情况下智能插座可以是“接通”的，直到智能插座的优先级改变为第二优先级标签的值。
如果智能插座在步骤1111处确定其优先级是第二优先级标签的值，则智能插座进行到步骤1112。在步骤1112处，智能插座(例如通过监视通信信道)检查是否正在从系统控制设备广播第二信号(在上面参照图10讨论的步骤1002和1001处)。如果第二信号没有被广播，则智能插座前进到步骤1114，在步骤1114处其确定是否正从系统控制设备广播第一信号。如果在步骤1114处未检测到第一信号，则智能插座返回到步骤1111。如果智能插座在步骤1114处确定来自系统控制设备的信号是第一信号，则智能插座可以前进到步骤1115，在步骤1115处其可以“接通”。智能插座然后可以返回到步骤1111。如果智能插座在步骤1112处检测到第二信号，那么智能插座可继续进行到步骤1113。在步骤1113处，具有第二优先级标签的智能插座可以被“切断”。智能插座然后可以返回到步骤1111。
根据本文公开的特征，可能期望的是检测负载是否连接到电连接。如果负载没有连接到电连接，则可以通过诸如图11的方法1160或图9a的方法950的关联方法来忽略电连接，以节省计算时间和存储器资源。检测负载是否被连接可以以下方式来进行：通过测量电连接的输出端处的阻抗，或者通过测量从电连接传送的功率，或者通过测量通过电连接的电流，或者通过可以机械地检测插接口中有插头的传感器(例如，关闭电路的弹簧、接近传感器等)。
现在参考图12，图12示出了用于切换负载的方法1250，其中两个或更多个负载具有相同的优先级标签。系统控制设备可以在步骤1201处开始，其中变量p的值可以被设置为由连接的负载包括的最低优先级标签。系统控制设备可前进到步骤1202，其中其可确定由电源(例如，图2的电源201)提供的功率是否可满足连接的负载(例如，负载204)的功率需求，如Pd<Ps示出。如果功率需求高于所提供的功率(即，Pd>Ps)，则系统控制设备可以前进到步骤1203，其中具有优先级标签p的负载可以从电源断开。然后系统控制设备可以前进到步骤1204，在步骤1204处，系统控制设备可以确定是否还存在具有优先级标签p的连接的负载。如果存在具有优先级p的另外的连接的负载，则系统控制设备可以返回到步骤1202。如果不再存在具有优先级标签p的更多负载，则在步骤1205处，系统控制设备可以将p的值增加到下一个更高的值，并且可以返回到步骤1202。
如果在步骤1202处功率需求低于所提供的功率(即，Pd<Ps)，则系统控制设备可以前进到步骤1206，在步骤1206处其可以连接具有优先级标签p的负载，并且可以前进到步骤1207。在步骤1207处，系统控制设备可以确定是否还存在具有优先级标签p的断开连接的负载。如果存在具有优先级标签p的另外的断开连接的负载，则系统控制设备可以返回到步骤1202。如果不再存在具有优先级标签p的更多的断开连接的负载，则在步骤1208处，可以将p的值减小到下一个更低的值，并且系统控制设备可以返回到步骤1202。
现在参考图13，图13根据说明性特征示出了用于控制器间通信的系统。图13包括控制器1301a-1301n、智能插座1302a-1302n和用于通信的共享总线1303。控制器1301a-1301n分别与智能插座1302a-1302n相关联。共享总线1303可以是用于控制器1301a-1301n之间的通信的专用有线总线或共享存储器。控制器1301a-1301n之间的通信可以用于交换诸如功率测量和优先级标签或可以在执行诸如图9a的方法950或图10的方法1050的不同方法时被传送的消息的信息。共享存储器也可用于保存与系统有关的信息，如优先级标签、用电历史记录等。当共享总线1303是用于通信的共享存储器或专用电线时，当控制器位于彼此靠近时可以提供优点。例如，将控制器和/或通信设备连接到专用于通信的一个总线，或者连接到具有读和写功能的一个共享存储器可能是简单和经济高效的。另一个示例可以是无线通信，使用Wi-Fi、蓝牙、LTE或符合系统特性的任何其他无线协议。
现在参考图14，图14示出了系统1400、控制器之间的直接无线连接。系统1400包括统称为控制器1401的控制器1401a、1401b和1401c、智能插座1402a、1402b和1402c以及统称为通信设备1403的通信设备1403a、1403b和1403c。控制器1401中的每个控制器和对应的通信设备1403可以与不同的智能插座相关联。控制器1401可以使用通信设备1403来向其他控制器发送消息并从其他控制器接收消息。通信设备1403可以使用无线通信直接彼此通信。
图15示出了系统1500，其包括经由接入点(AP)1503在控制器之间的无线连接。系统1500包括AP 1503、统称为控制器1501的控制器1501a、1501b和1501c以及智能插座1502a、1502b和1502c。控制器1501中的每个控制器可以与不同的智能插座相关联。控制器1501的每个控制器可以包括用于发送和接收信息的通信设备。控制器1501可以经由AP1503彼此通信，AP 1503可以用作控制器1501之间的消息的路由器。根据本文的公开的特征，AP 1503可以集成在系统安装的一部分中(例如，集成在诸如图8的主控制器803的主控制器中，或集成在可以是图6的电源601b的一部分的转换器中)。根据本文公开的特征，AP1503可以是先前部署的AP(例如，标准家庭Wi-FiTM路由器)。
根据本文公开的特征，控制器(例如，图2的控制器205)可以考虑多目标函数，该多目标函数包括优先级切换和由电源(例如电源201)提供的功率的利用，其中控制器可以尝试同时满足优先级切换(即，在较高优先级负载之前断开低优先级负载)；以及使功率需求保持为尽可能接近由电源提供的功率。在一个示例中，由系统中的电源提供的功率可以是10kW。系统中可能有两个负载，其中第一负载需要15kW并且具有高优先级标签，且第二负载需要1kW并且具有低优先级标签。根据之前定义的优先级切换，如果第一负载的优先级标签高于第二负载的优先级标签，则如果第二负载被切换为“切断”，则第一负载可以被切换为“切断”，并且如果第一负载被切换为“接通”，则第二负载可以被切换为“接通”。这可能导致由电源提供的电力的零利用率。使用多目标函数的控制器可以在断开高优先级负载之后重新连接低优先级负载，从而实现更好地利用由电源提供的功率。这可以通过采用解决背包问题(KP)的算法来实现。可以通过以下描述来描述KP：给定项目集合，每个项目具有权重和值，确定要包括在集中的项目的子集，使得总权重小于或等于给定的界限，并且总价值是最大的。根据本文公开的特征，每个项目可以表示负载，其权重可以是其功率需求，并且其值可以是其优先级标签值或其优先级标签的函数。虽然这种方法最大限化利用率，但可能违反优先级切换定义。
根据本文公开的特征，控制器可以“接通”或“切断”负载，并且根据本文公开的特征，控制器可以使用更多的选项，包括将负载“接通”但限制其可以汲取的功率的量。例如，可能会受到控制器的限制只能吸收80瓦的光的100W的灯泡可能会产生较少的光线，但仍然可以作为光源工作。第二个示例可以是可以被限制为将房间冷却到特定温度(例如75华氏度)的AC单元，这可以限制AC单元为了冷却房间而需要的功率的量。
根据本文公开的特征，电气网络可以连接到多个电源，其中之一可以是图8的可选储存设备806。储存设备可以是一个或更多个电池、存储电容器和/或飞轮。在其中由电源(不包括储存设备)提供的功率大于负载所需的功率的时间期间，储存设备可以用额外的功率充电。在其中由除了储存设备之外的电源提供的功率小于负载所需的功率的时间期间，储存设备可以通过释放能量来提供额外的功率。如果系统中的其他电源之一是光伏(PV)系统，则储存设备可以在白天期间(当阳光可能充足时)被充电，并且在夜间期间(当PV系统可以提供较少功率时)，储存设备可以通过释放能量来提供功率。关于电气网络中电源的信息可能有助于预测可能的可用功率曲线。可能的可用功率分布(profile)可以帮助控制器预测电气网络中负载的可用功率，并决定要切断、接通哪些负载或限制负载可汲取的功率的量。
例如，处所可能有两个电源(其中一个可能是一个储存设备)和只有两个负载，一个具有高优先级标签的医疗呼吸机和一个具有低优先级标签的空调单元(A/C单元)。即使当两个电源生成足够的功率来支持两个负载时，控制器可以决定切断低优先级负载或者限制供应给低优先级负载的功率，因为可能的可用功率分布可能指示可能存在有限的功率很快就可能不足以承担任何负载。通过限制供应给A/C单元功率的功率，储存设备可以被充电。随后，在稍后的时间点，当其他电源提供的功率不足时，储存设备可以提供使医疗呼吸机保持接通所需的额外功率。
根据本文公开的特征，预测可能的可用功率分布可能是有用的。根据基于可能连接到系统的电源的不同的参数可以预测可能的可用功率分布。一种获取信息的方法可以是通过用户界面从用户接收一个或更多个相关的手动输入。例如，为了预测PV系统可能产生的功率，了解系统的位置可能是有用的。这可能是因为PV系统可能安装在其中的地理条件，并且可确定PV系统产生的功率量(例如，在格陵兰PV系统可产生的功率比在埃及相同或相似的系统可产生的功率更少)。获取信息的另一种方法可以包括安装可能具有提供信息能力的相关传感器。例如，代替从用户接收指示PV系统所在的国家的手动输入，GPS(或任何其他卫星导航系统)传感器可以提供该信息。附加信息可以由互联网连接提供，诸如天气和云量。接收显著云量的天气预报的控制器可以改变其对可能的可用功率分布的预测。
可能的可用功率分布也可以通过收集功率分布历史的测量来预测。一些方法可以基于过去的信息提供良好的预测。在一些情况下，滤波器预测器(诸如线性预测器、移动平均(M.A.)预测器和自回归(A.R.)预测器)可能就足够了，在其他情况下，可能会实现一些涉及机器学习的更复杂的方法。根据本文的公开的特征，可以在不同的处所之间共享信息以改善预测。在不同处所之间共享信息可能会提供某些优点，有些可能会减少测量误差并补偿有缺陷的传感器。
图16示出了系统1600，其可以是使用包括储存设备的处所之间的共享信息以改进预测的示例。系统1600包括处所1601、1602和1603、太阳1604、云1605和风1606。每个处所可具有储存设备(如电池)和PV系统。最初处所1601可以被云1605遮蔽，所以处所1601的控制器可以将处所1601被遮蔽通知给处所1602的控制器和处所1603的控制器。随后，风1606可使云1605向右移动，由此使得处所1602被云1605遮蔽。处所1602的控制器可以将处所1602现在被遮蔽通知给处所1601的控制器和处所1603的控制器。基于该信息，处所1603的控制器可以预测其将很快被遮蔽，所以处所1603的控制器可以通过断开低优先级负载来节省电力，并且利用节省的电力对其储存设备充电。随后，当风1606移动云1605，导致其遮蔽处所1603时，处所1603可从储存设备为高优先级负载提供功率。要理解的是，本领域的普通技术人员可以通过使用不同的滤波器(M.A.、A.R.等)稍微修改本文公开的方法。这种修改的方法在本文公开的特征的范围内。
可以预测的另一功率分布可以是诸如图8的系统800的系统中的负载所需的功率的分布。预测未来负载可能需要的功率量可能影响当前可能使用多少功率，以及在电源提供的功率可能不足时，储存设备中可存储多少功率。未来负载可能需要的功率的预测可以包括分析各种因素，诸如一天中的时间、一周或一个月中的某一天、季节、温度、负载所需的功率的历史测量值。这些因素可能影响可用阳光量和/或所提供的功率量和/或负载的功率需求量。
现在参考图17，图17示出了双AC-DC系统，其包括PV发电机1701、PV电力设备1702、转换器1703、主电网1704、储存设备1713、双配电板1710(包括DC配电板1705和交流配电板1706)、DC智能插座1711a和1711b(统称为“DC智能插座1711”)、AC智能插座1712a和1712b(统称为“AC智能插座1712”)、DC负载1708a和1708b(统称为“DC负载1708”)和AC负载1709a。PV发电机1701生成可以被传输到PV电力设备1702的DC功率。可以包括一个或更多个DC-DC转换器并且可以包括监视设备的PV电力设备1702经由DC配电板1705将电力传送到DC智能插座1711并且传送到转换器1703。来自PV电力设备1702的任何剩余电力可被存储在储存设备1713中。转换器1703将从PV电力设备1702接收的电力传输到AC配电板1706。AC配电板从PV电力设备1702和主电网1704接收电力，并将电力传输到AC智能插座1712。转换器1703可以与PV电力设备1702通信，以便控制从PV发电机1701汲取的功率的增加或减少，例如跟踪PV发电机1701的功率曲线上的最大功率点(MPPT)或者选择不同的功率点以匹配诸如电气参数(例如电流、电压和/或温度)的信号，并且还可以与智能插座1711和1712和/或可以被安装的智能配电板而不是配电板1705和1706通信。每个智能插座可以连接到DC功率(从DC配电板1705接收的)或AC功率(从AC配电板1706接收的)。可以实现如图5中所示的仅DC或仅AC的智能插座。
图18示出了系统1800b，其可以是双AC-DC系统。系统1800b包括PV发电机1801、PV电力设备1802、转换器1803、储存设备1813、主电网1804、双配电板1810(包括DC配电板1805和AC配电板1806)、双智能插座1807a、1807b和1807c(统称为“双智能插座1807”)、DC负载1808a和1808b以及AC负载1809a和1809b。双智能插座1807的每个双智能插座可以连接到AC和DC电力线，并且可以向DC负载和AC负载二者提供功率。图19示出了双智能插座的示例。
现在参考图19，图19示出双AC-DC智能插座。所示出的系统包括DC电源1901、AC电源1906、DC负载1905、AC负载1909、通信设备1911、优先级标签1912和双智能插座1900。双智能插座1900可以包括控制器1910、到AC电源1906的电连接、到AC负载1908的电连接、开关1907、到DC电源1901的电连接、到DC负载1905的电连接以及开关1903。开关1903连同连接1902和1904可以提供DC负载1905和DC电源1901之间的联接。开关1907连同连接1913和1908可以提供AC负载1909和AC电源1906之间的联接。开关1903和1907可以由控制器1910控制。控制器1910可根据优先级标签1912并根据可从通信设备1911接收的数据来设置开关1903和1907的状态。控制器1910还可以传输关于开关1903和1907的状态的数据以及关于由电源1901和1906提供的功率以及由负载1905和1909所需的功率的数据。根据本文公开的特征，控制器1910还可以与智能负载(即，具有被配置为与控制器1910通信的通信设备的负载)通信。
一些特征可以包括用于监视和/或控制相关联的电气系统的图形用户界面(GUI)。根据本文的公开的特征，GUI可以被显示在配电板上或附近的监视器上，或安装者选择的任何其他地方。根据本文公开的特征，可以在PC(例如网络应用)、电话或平板电脑(例如iOS或Android应用)上显示GUI。GUI可以被进一步扩展为能够处理用户输入(例如，设置对于每个开关的优先级标签，或经由移动应用连接/断开负载)。
其他特征可以包括用于监视一些电力系统中的负载分配的用户界面。系统所有者或运营商可以能够查看具有每个负载和优先级标签之间的映射的电源、负载和优先级标签的列表，并且还可以查看关于来自多个电源或每个电源的电力供应以及来自多个负载或每个负载的功率需求的信息。根据本文公开的特征，该列表可以是在计算设备(诸如计算机监视器、平板电脑、智能电视、智能电话等)上可见的图形用户界面(GUI)。根据本文公开的特征，系统运营商可以能够通过GUI手动设置(例如通过按压按钮)负载的优先级标签。
现在参考图20a，其示出了用于诸如平板电脑、智能电话等的触摸屏设备的GUI应用中的页面的示例。图20a所示的页面显示电气网络中的负载列表。通过单击页面上的设备名称，可以打开菜单或者页面可以改变并显示与特定负载相关的属性(包括负载的优先级标签)。用户可以改变负载的属性，该属性可以包括用于为临时改变或未来改变设置定时器的选项。在应用的不同页面上，用户可以监视储存设备的充电状态、PV发电机(如果系统中存在任何发电机)可能生成的电力量、负载可能消耗的电力量、以前收集的过去数据的图表和曲线图、电力供需图表和曲线图、电力供需预测等。
应用可以显示包含图形用户界面的页面。该页面包括通知栏2001、返回按钮2002(其当被按下时，在屏幕上显示前一页)、标题2003(其显示页面的标题)、用于在应用中的其它页面之间切换的按钮2004和2006、当前页面的图标2005、滚动按钮2010、负载2011(可以由开关控制的负载的名称，例如图5的负载504和开关502)、框2008(包括在左侧上的负载2011和在右侧上的按钮2009)。框2008的背景颜色可以根据负载2011的优先级标签来设置，诸如图5的优先级标签508和负载504。在一个示例中，较高优先级的标签可能导致较亮的彩色背景。按钮2009可以显示控制负载2011的开关的当前状态，如图5的开关502。按钮2009、负载2011和框2008可以在窗口2007内显示。在一个实例中，按下按钮2009可以切换开关的状态。当按下框2008时，页面可以切换到列出负载2011的属性的页面。图20b示出了列出负载的属性的页面的示例。显示图20b中选择的负载的属性的页面允许用户根据用户偏好来编辑负载的一个或更多个属性(例如，负载名称、与负载相关联的优先级标签、负载的功率需求可以以数字显示或者可能是在用户选择的时间间隔(日、周、月或年)绘制的功率需求的图表中显示。例如，图20b中所示的页面可以包括允许用户编辑负载的一个或更多个属性的一个或更多个控件。
现在参考图21a，图21a示出了诸如图18的双智能插座1807a的双AC-DC智能插座2110。智能插座包括三个不同的到负载的连接：两个AC连接2101和2103以及配置为连接到公USB类型“A”连接器的单个DC连接2102。类似地，图21b示出了诸如图18的双智能插座1807a的双AC-DC智能插座2120，其中智能插座包括到负载的两个连接：单个AC连接2105和配置为连接到公DC连接器的单个DC连接2104。图21a和图21b中的DC连接器可以由任何其他DC连接器代替。
现在参考图22，图22示出包括到AC负载和/或DC负载的连接的双AC-DC智能插座(诸如图18的双智能插座1807a)。该连接包括两部分：包括3个连接的AC连接：中性线2201、带电线2202和接地线2203，以及包括两个连接的DC连接：DC正极2204端子和DC负极端子2205。智能插座包括到负载的单个连接，被配置为连接到双AC-DC插头2206、AC插头或DC插头。与负载的连接的DC部分可以被设计为连接到公共的同轴电源连接器，或连接到可能与插头和插接口一致的任何其他DC连接。
注意，在本文中阐述了元件之间的各种连接。这些连接是以一般性意义进行描述的，除非另有规定，可以是直接的或间接的；本说明书并不意图在这方面进行限制。此外，本公开的一个方面的元件可以以适当的组合或子组合与来自其它方面的元件组合。例如，图13中示出的用于控制器间通信的系统可以与图8的电气网络和/或图3b和图4的控制方法组合。作为另一示例，图5a的旋转开关可用于设置图6的智能插座602a-602n和/或图14的智能插座1402a-1402c的优先级。这些示例是用于说明的目的并非限制性的(即，可以进行其他组合)。

Claims (31)

1.一种装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制开关，
其中，所述一个或多个电源包括交流AC电源或直流DC电源。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述优先级标签包括电子旋转选择器、双列直插式封装DIP开关、电子滑动选择器或存储在非暂时性计算机可读介质中的数字代码中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括外壳，其中，所述第一电连接、所述第二电连接、所述开关、所述次级控制器和所述通信设备被封装在所述外壳中，并且其中所述外壳被配置为安装在所述表面上或表面中。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主控制器和所述开关被放置在控制到所述房屋的电力的配电板附近。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电连接位于所述表面上。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述次级控制器被配置为测量与所述一个或多个负载相关联的功率需求。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述次级控制器被配置为:(i)从所述主控制器接收信息，(ii)将所述信息与所述优先级标签进行比较，以及(iii)基于所述比较来控制所述开关。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述通信设备被配置为通过电力线通信PLC进行通信。
9.根据权利要求2所述的装置，其中，所存储的数字代码的值被配置为基于所述一个或多个负载的操作状态而动态改变。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括测量设备，用于测量交流电源提供的电压、电流或功率中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置被并入到配电板中。
12.一种系统，包括:
多个第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
多个第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到房屋表面上或表面中的电力线；
多个开关，联接所述多个第一电连接和所述多个第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述多个开关中的至少一个开关。
13.一种系统，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中，所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
多个开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置成基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述多个开关。
14.一种系统，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中，所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
被配置为设置所述优先级标签的组件，其中所述优先级标签是基于所述组件的状态来确定的；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中所述组件包括电子旋转选择器、DIP开关、电子滑动选择器或存储在非暂时性计算机可读介质中的数字代码中的至少一个。
15.一种装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中，所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
断路器，连接到所述第二电连接；
开关，联接所述第一电连接和所述断路器；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
16.一种系统，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到电气储存设备，其中所述第二电连接连接到房屋表面上或表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，
其中，所述电气储存设备包括电池、燃料电池或飞轮中的至少一个。
17.一种方法，包括:
测量由电源提供的功率；
使用一个或多个智能插座测量从所述电源接收功率的一个或多个负载的功率需求；
响应于确定所述一个或多个负载的功率需求大于阈值，通过改变所述电源的幅度和频率中的至少一个，向所述一个或多个智能插座中的智能插座的控制器发信令，其中所述阈值与所提供的功率相关；和
基于所述信令断开所述一个或多个负载，其中使用连接到所述控制器的开关来执行所述断开。
18.一种方法，包括:
由系统控制设备确定主电网是否连接到至少一个智能插座；
当所述系统控制设备确定所述主电网连接到至少一个智能插座时，广播第一信号以使所述至少一个智能插座将至少一个负载连接到所述主电网；和
当所述系统控制设备确定所述主电网没有连接到所述至少一个智能插座时，广播第二信号以使所述至少一个智能插座将至少一个负载从所述主电网断开。
19.一种方法，包括:
由系统控制设备确定主电网是否连接到至少一个智能插座；
由所述至少一个智能插座确定由所述至少一个智能插座配置的负载优先级；
当所述主电网被连接时，由所述系统控制设备广播第一信号，其中所述第一信号被配置为基于所述负载优先级将所述至少一个智能插座设置为接通状态；和
当所述主电网被断开时，由所述系统控制设备广播第二信号，其中所述第二信号被配置为基于所述负载优先级将所述至少一个智能插座设置为切断状态。
20.一种系统，包括第一装置和第二装置，
所述第一装置包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个第一负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
第一开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与一个或多个第一负载相关联的第一优先级标签；
第一通信设备，被配置为与第一主控制器通信；和
第一次级控制器，其中所述第一次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述第一优先级标签来控制所述第一开关；和
所述第二装置包括:
第三电连接，被配置为连接到一个或多个第二负载；
第四电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到在表面上或表面中的电力线；
第二开关，联接所述第三电连接和所述第四电连接；
与一个或多个第二负载相关联的第二优先级标签；
第二通信设备，被配置为与第二主控制器通信；和
第二控制器，其中第二次级控制器被配置为基于从所述第二主控制器接收的指令和所述第二优先级标签来控制第二开关，
其中，所述第一主控制器和所述第二主控制器彼此通信。
21.一种装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由第一电力线连接到一个或多个AC电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
第三电连接，被配置为经由第二电力线连接到一个或多个DC电源，其中所述第三电连接连接到所述表面上或所述表面中的电力线；
第一开关，联接所述第一电连接、所述第二电连接和所述第三电连接；
与一个或多个负载相关联的第一优先级标签；
第一通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述第一优先级标签来控制所述第一开关，
其中，所述第一电连接包括AC导体和DC导体。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述第一电连接包括混合的AC和DC插座。
23.一种装置，包括:
图形用户界面GUI，用于从操作者接收与一个或多个负载中的至少一个负载相关联的优先级标签的输入；
主控制器，被配置为从GUI接收优先级标签；和
通信单元，被配置为从主控制器接收所接收的优先级标签，并且被配置为将所述优先级标签发送到连接到至少一个负载的至少一个智能插座的次级控制器。
24.一种装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
25.一种智能插座装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到表面上或表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中次级控制器被配置为(a)测量与所述一个或多个负载相关联的功率需求值，(b)将所述功率需求值发送到所述主控制器，以及(c)从所述主控制器接收指令。
26.一种智能插座装置，包括:
外壳，被配置为安装在房屋的表面上或表面中；
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到所述表面上或所述表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，并且所述次级控制器被配置为(i)使用所述通信设备从所述主控制器接收信息，(ii)处理关于所述优先级标签的信息，以及(iii)基于所处理的信息来控制所述开关，以及
其中，所述第一电连接、所述第二电连接、所述开关和所述次级控制器被封装在所述外壳中。
27.一种智能插座装置，包括：
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接被连接到在表面上或表面中的电力线，并且其中电力线承载包括频率、电流和电压幅度的交流电，并且其中通信设备被配置为检测所述交流电的电压幅度、电流和频率中的一个或多个的改变；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
所述通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制开关。
28.一种智能插座装置，包括:
外壳，被配置为安装在房屋的表面上或表面中；
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接被连接到在所述表面上或所述表面中的电力线，其中所述一个或多个电源包括光伏电源；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，
其中，所述第一电连接、所述第二电连接、所述开关、所述优先级标签和所述次级控制器被封装在所述外壳中。
29.一种智能插座装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到在表面上或表面中的电力线，其中所述一个或多个电源包括公用电网；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
30.一种智能插座装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到在表面上或表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置成基于从所述主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关，其中所述次级控制器还被配置为:
接收由一个或多个电源中的电源提供的可用功率值；
将所述可用功率值与由所述电源提供的先前功率值的记录进行比较；
测量从所述电源接收功率的一个或多个负载的功率需求；和
响应于确定在所述功率需求不超过第二阈值的情况下能够重新连接一个或多个断开的负载，向一个或多个智能插座发信令以重新连接一个或多个断开的负载。
31.一种智能插座装置，包括:
第一电连接，被配置为连接到一个或多个负载；
第二电连接，被配置为经由电力线连接到一个或多个电源，其中所述第二电连接连接到位于房屋表面上或表面中的电力线；
开关，联接所述第一电连接和所述第二电连接；
与所述一个或多个负载相关联的优先级标签；
通信设备，被配置为与主控制器通信；和
次级控制器，其中所述次级控制器被配置为基于从主控制器接收的指令和所述优先级标签来控制所述开关。
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