MX2011013006A - Red electrica inteligente a traves de una red de comunicacion de linea electrica. - Google Patents

Red electrica inteligente a traves de una red de comunicacion de linea electrica.

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MX2011013006A
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Kenneth J Brown
Carlos Ramirez
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Leviton Manufacturing Co
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Abstract

Se presenta un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye una pluralidad de cajas y una puerta de administración de energía en comunicación eléctrica con cada una de la pluralidad de cajas. Cada uno de los módulos de energía de la pluralidad de cajas proporciona información del uso de energía a la puerta de administración de energía. También, se transmite información del uso de energía a través de un primer medio de comunicación a la puerta de administración de energía y la puerta de administración de energía transmite la información a través de un segundo medio de comunicación a una o más fuentes externas de comunicación.

Description

RED ELÉCTRICA INTELIGENTE A TRAVÉS DE UNA RED DE COMUNICACIÓN DE LÍNEA ELÉCTRICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente divulgación se refiere a la medición del consumo de energía, y más particularmente, a un método y sistema para permitir que una pluralidad de cajas medidas comuniquen información del uso de energía a una o más puertas de administración de energía.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La transmisión de energía eléctrica es la transmisión masiva de electricidad a los consumidores. Una red de transmisión de energía típicamente conecta plantas de energía a múltiples subestaciones cercanas a una zona poblada. Tal red de transmisión de energía se puede denominar por lo general como una "red". Se proporcionan múltiples líneas redundantes entre puntos en la red de tal manera que la energía se puede dirigir desde cualquier planta de energía hasta cualquier centro de carga, a través de una variedad de rutas, con base en la economía de la trayectoria de transmisión y el costo de energía. Las estaciones de generación de electricidad en todos Estados Unidos están interconectadas en un sistema llamado red eléctrica "Power Grids". Esto permite que la electricidad generada en una región se pueda enviar a los usuarios en otra región. También permite que las estaciones de generación de energía distantes proporcionen electricidad a ciudades y pueblos.
En el sistema eléctrico de los Estados Unidos, además de 6,000 unidades de generación de energía. La energía de estas estaciones se mueve alrededor del país a través de líneas de transmisión masiva. La transmisión de energía se dirige a través de más de 100 centros de control, donde la energía se monitorea y se dirige desde áreas de baja demanda hasta áreas de alta demanda. Los consumidores típicamente tienen acceso a la electricidad a través de tomas de corriente incorporadas en cajas eléctricas en todas partes de casas y oficinas; p.ej., instalados en paredes, techos, pisos, o similares. Como resultado, en la industria de energía eléctrica, la energía típicamente se suministra a los consumidores en un proceso de múltiples etapas de generación, transmisión, distribución, y uso final (por los consumidores a través de tomas de corriente) .
De esta manera, cada estructura de casa, oficina, edificio moderno o similar tienen una pluralidad de cajas de tomas de corriente para recibir electricidad desde una planta de energía distante. El tipo más común de cajas de tomas de corriente es la caja de tomas de corriente dúplex.
Adicionalmente, las cajas de tomas de corriente populares incluyen tomas de corriente incluyendo tomas de corriente de interruptor de circuito de falla a tierra (GFCI, Ground Fault Circuit Interrupter) , tomas de corriente con protección contra sobrecargas, o similares.
La industria de servicios públicos de energía está en transición de una generación de enlace de sistema pasivo para carga a una verdadera red digital interactiva con conectividad total e interoperabilidad desde la administración de la generación de energía hasta el uso de energía del cliente final. Esta capacidad total, infraestructura de servicios públicos basada en red se ha denominado como red eléctrica inteligente (Smart-Grid) . La red que soporta el flujo de información dinámica de dos vías a menudo se denomina como la red eléctrica inteligente. El término red eléctrica inteligente se puede referir a una red de servicios públicos. Una vez implementada, la red eléctrica inteligente también puede soportar redes auxiliares y dispositivos como en las redes locales que monitorean y controlan aparatos e instalaciones en la casa.
Un sistema de red eléctrica inteligente entrega electricidad de proveedores a los consumidores utilizando tecnología digital para ahorrar energía, reducir costos, e incrementar la conflabilidad . Una red de electricidad no se maneja típicamente por una sola entidad sino por un conjunto de múltiples redes y múltiples compañías de generación de energía con múltiples operadores que emplean diferentes niveles de comunicación y coordinación, la mayoría de los cuales se controlan manualmente. Las redes eléctricas inteligentes incrementar la conectividad, automatización y coordinación entre estos proveedores, consumidores y redes que llevan a cabo tareas ya sea de transmisión a larga distancia o distribución local.
Los dispositivos compatibles con la red eléctrica inteligente necesitan ser desarrollados para aprovechar la red eléctrica inteligente. Por otra parte, debido a la reciente preocupación acerca del excesivo consumo de electricidad y como reducirlo, sería conveniente medir, monitorear, y controlar el consumo en el punto de uso, en otras palabras, en las cajas ubicadas dentro de las estructuras de casas, oficinas, y/o de edificios modernos o similares con el fin de desarrollar plenamente el potencial de los sistemas/redes eléctricas inteligentes. En consecuencia, sería muy deseable una caja eléctrica que incorpore componentes /circuitos compatibles con la red eléctrica inteligente y que tenga capacidades de monitoreo y control para conectarse efectivamente a un sistema/red eléctrica inteligente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los objetivos y ventajas de la presente divulgación se establecerán en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o se pueden aprender mediante la práctica de la presente divulgación.
La presente divulgación proporciona un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye una pluralidad de cajas y una o más puertas de administración de energía en comunicación eléctrica con cada una de la pluralidad de cajas. Cada una de la pluralidad de cajas proporciona información del uso de energía a dichas una o más puertas de administración de energía.
La presente divulgación proporciona un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye una pluralidad de cajas cada uno configurada para incluir un módulo de energía y una o más puertas de administración de energía en comunicación bidireccional con la pluralidad de cajas. Cada una de la pluralidad de cajas está configurada para recopilar, analizar, y comunicar información del consumo de energía en tiempo real o de manera periódica con dichas una o más puertas de administración de energía.
La presente divulgación proporciona un método para medir el consumo de energía en un punto de uso, incluyendo llevar a cabo una o más instrucciones de programación mediante un procesador tangible para asociar cada una de la pluralidad de cajas con un módulo de energía y permitir la comunicación bidireccional entre una o más puertas de administración de energía y la pluralidad de cajas. Cada una de la pluralidad de cajas está configurada para recopilar, analizar y comunicar información del consumo de energía en tiempo real o de manera periódica con dichas una o más puertas de administración de energía.
La presente divulgación proporciona un sistema para medir el consumo de energía en un punto de uso, incluyendo un procesador y un medio de almacenamiento legible por computadora en comunicación con el procesador, el medio de almacenamiento legible de computadora comprende una o más instrucciones de programación para asociar cada una de la pluralidad de cajas con un módulo de energía y permitir la comunicación bidireccional entre una o más puertas de administración de energía y la pluralidad de cajas. Cada una de la pluralidad de cajas está configurada para recopilar, analizar y comunicar información del consumo de energía en tiempo real o de manera periódica con dichas una o más puertas de administración de energía.
La presente divulgación además proporciona una unidad de medición y al menos un sensor para medir corriente y voltaje. La unidad de medición de cada una de las cajas está configurada para recopilar, analizar y comunicar información del consumo de energía con una o más puertas de administración de energía.
Los objetivos y ventajas adicionales de la presente divulgación se establecen, o serán aparentes para aquellos experimentados en la materia a partir de la descripción detallada de este documento. También, se debe tomar en cuenta además que las modificaciones y variaciones de los pasos, o características ilustradas, referenciadas, y discutidas específicamente en la presente se pueden practicar en varios usos y modalidades de la presente divulgación sin apartarse del espíritu y al alcance de la misma, en virtud de la presente referencia a la misma. Tales variaciones pueden incluir, pero no están limitadas a, sustitución de pasos equivalentes, referenciados o discutidos, y la alteración funcional, operacional, oposicional de varias características, pasos, partes, o similares. Aún más, se debe entender que las diferentes modalidades, así como las diferentes modalidades preferidas en la actualidad, de la presente divulgación pueden incluir varias combinaciones o configuraciones de características o elementos divulgados en la actualidad, o sus equivalentes (incluyendo combinaciones de características o partes o configuraciones de los mismos no mostrados expresamente en las figuras o establecidos en la descripción detallada) .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Lo anterior y otros objetivos, características, y ventajas de la presente divulgación serán aparentes a partir de la siguiente descripción más particular de las modalidades preferidas tal como se ilustra en los dibujos de acompañamiento, en los que los caracteres de referencia denominan las mismas partes a lo largo de las diferentes vistas. Los dibujos no están necesariamente escala, en cambio se hace énfasis en los principios ilustrativos de la presente divulgación.
Varias modalidades de la presente divulgación serán descritas más adelante en este documento con referencia a las figuras, en donde: La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente en comunicación con un concentrador externo, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente que incluye grupos de cajas, de acuerdo con una segunda modalidad de la presente divulgación .
La Figura 4 es un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente que incluye grupos de cajas y un concentrador externo, de acuerdo con la segunda modalidad de la presente divulgación.
La Figura 5 es un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente donde cada una de la pluralidad de cajas está conectada directamente a una sola puerta de administración de energía, de acuerdo con una tercera modalidad de la presente divulgación.
La Figura 6 es un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente donde los grupos de cajas están cada una conectada a puertas de administración de energía por separado para la comunicación con una puerta de administración de energía central, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 7 es un diagrama esquemático de un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye un convertidor posicionado entre la puerta de administración de energía y una o más redes externas, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 8 es un diagrama esquemático de un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye una pluralidad de convertidores posicionados adyacentes a cada una de la pluralidad de cajas, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 9 es un diagrama esquemático de una caja medida que incluye un sensor de energía, un sensor de voltaje, y un microprocesador para la comunicación con la puerta de administración de energía, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 10 es un diagrama esquemático de una caja medida que incluye un sensor de energía, un sensor de voltaje, un microprocesador, una pantalla de visualización, y los medios de notificación para la comunicación con la puerta de administración de energía, de acuerdo con la presente divulgación .
La Figura 11 es un diagrama esquemático de una pantalla de visualización de una puerta de administración de energía que ilustra el uso de energía de la caja, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 12 es un diagrama esquemático de una vista en 3-D de una caja medida, de acuerdo con la presente divulgación .
La Figura 13 es un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente que incluye una puerta de administración de energía para administrar y controlar una o más cajas medidas, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 14 es un diagrama esquemático de un circuito inalámbrico medido incorporado con dichas una o más cajas medidas, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 15 es un diagrama de estado en las cajas inalámbricas medidas, de acuerdo con la presente divulgación.
Mientras que las figuras que los dibujos identificados anteriormente establecen modalidades alternativas, también se contemplan otras modalidades de la presente divulgación, como se señala en la discusión. En todo caso, esta divulgación presenta modalidades ilustradas a manera de representación y no limitación. Se pueden idear otras numerosas modificaciones y modalidades por aquellos experimentados en la materia las cuales caen dentro del alcance y espíritu de los principios de la presente divulgación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente divulgación propone un sistema de monitoreo y control de energía ubicado en cada caja de una estructura de casa u oficina o de edificio o similares. Debido a la preocupación reciente relacionada con el consumo excesivo de electricidad y cómo reducirlo, se ha decidido que sería conveniente permitir medir/monitorear/controlar el consumo de electricidad todo el camino hasta el punto de uso, en este caso las cajas, apagadores, y multicontactos donde están conectados todos los dispositivos eléctricos están con el fin de hacer decisiones más inteligentes acerca del uso de energía. Todas las cajas medidas pueden crear una red y la información generada por cada una se puede transmitir a un dispositivo "maestro" (esto es, una puerta de administración de energía) al utilizar las capacidades de comunicación de línea eléctrica (PLC, Power Line Communication) incorporadas en la caja medida.
La presente divulgación además propone recopilar datos de la energía consumida por cada toma/caja de energía. Por cada enchufe, un circuito medidor de energía puede calcular la energía consumida por el dispositivo ( los ) dispositivo ( s ) conectado (s) a la toma de energía y enviarlo a un servidor a través de una línea eléctrica. El usuario puede entonces determinar la energía total consumida y también la energía consumida por tomas/cajas individuales.
La presente divulgación además propone dispositivos de caja medidos que pueden no mostrar ningún dato o información, pueden parecer los mismos, y están conectados igual como los dispositivos regulares no medidos, en donde los datos son enviados a través del cableado instalado mediante PLC a un dispositivo maestro, tal como una puerta de administración de energía, la cual se puede utilizar para revisar los datos de todos los dispositivos de caja medidos al mismo tiempo. Sin embargo, se contempla que las cajas medidas pueden incluir un dispositivo de visualización para informar a un usuario del uso de energía en cada caja medida.
La presente divulgación además propone dos dispositivos separados: a) uno o más dispositivos de caja medidos con capacidades de comunicación y b) uno o más dispositivos maestros, que reúnen/acumulan/recopilan y muestran todos los datos/información .
Los dispositivos de caja medidos con capacidades de comunicación son: a) cajas y apagadores que se ajustan en una caja eléctrica de pared de grupo simple estándar y b) multicontactos que tienen más de dos tomas eléctricas. Los dispositivos de caja medidos se ven igual que los dispositivos no medidos estándar pero constan de al menos un sensor de corriente, un sensor de voltaje, y un microprocesador a llevar a cabo todos los cálculos necesarios para medir, al menos, los siguientes elementos: el voltaje presente en la línea de CA, la corriente de CA (amperaje) que la carga está consumiendo, el vatiaje (energía real) que la carga está consumiendo, los voltios-amperios (energía aparente) que la carga está consumiendo, el factor de energía, y/o los kilowatts-hora de la carga está consumiendo.
El microprocesador consta de un transceptor de comunicación de línea eléctrica (PLC) que permite que el sistema transmita y reciba información digital a través de alambres de energía de CA. Adicionalmente, una vez que varios dispositivos de energía están conectados éstos pueden formar una o más redes de comunicación de red eléctrica inteligente.
La puerta de administración de energía puede estar conectada a los mismos alambres de energía de CA así como puede reunir/acumular/recopilar la información/datos que los dispositivos de caja medidos envían a través de la PLC. Los datos se pueden guardar en el dispositivo maestro (esto es, la puerta de administración de energía) con un registro de fecha y hora. El dispositivo maestro puede constar de una pantalla donde, al menos, se pueden visualizar los siguientes datos: el voltaje en cada dispositivo, la corriente total (amperaje) utilizada por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, el vatiaje total (energía real) utilizado por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, voltios-amperes totales (energía aparente) utilizados por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, factor de energía total o por dispositivo, kilo atts-hora totales utilizados por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, y/o costo de la energía eléctrica utilizada con base en la tarifa eléctrica del usuario .
Adicionalmente, el dispositivo maestro puede también constar de un conector bus de serie universal (USB, Universal Serial Bus), de tal manera que éste puede estar conectado a una computadora/medios de computación para tener visualización mejorada y capacidades de almacenamiento. El dispositivo maestro puede también incluir conectividad de Ethernet con un servidor web incorporado.
Para los propósitos de esta divulgación, un medio legible por computadora almacena los datos de computadora en forma legible por la máquina. A manera de ejemplo, y no limitación, un medio legible por computadora puede comprender medios de almacenamiento por computadora y medios de comunicación. Los medios de almacenamiento por computadora incluyen medios volátiles y no volátiles, removibles y no removibles implementados en cualquier método o tecnología para el almacenamiento de información tal como instrucciones legibles por computadora, estructuras de datos, módulos de programa un otros datos. Los medios de almacenamiento por computadora incluyen, pero no están limitados a RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memoria flash u otra tecnología de memoria de estado sólido, CD-ROM, DVD, u otro almacenamiento óptico, casetes magnéticos, cinta magnética, almacenamiento de disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento masivo, o cualquier otro medio que pueda ser utilizado para almacenar la información deseada en el que se pueda tener acceso mediante la computadora.
Para los propósitos de esta divulgación, un módulo es un sistema de software, hardware, o firmware (o combinaciones de los mismos), procesos o funcionalidad, o componente de los mismos, que lleve a cabo o facilite los procesos, características, y/o funciones descritas en este documento (con o sin la interacción o aumento humano) . Un módulo puede incluir sub módulos. Los componentes de software de un módulo pueden estar almacenados en un medio legible por computadora. Los módulos pueden ser integrales con uno o más servidores, o estar cargados y ejecutados mediante uno o más servidores. Uno o más módulos pueden estar agrupados en un motor o una aplicación.
Los "servicios de energía" como se utiliza en este documento, se pueden referir a la entrega de energía así como otros servicios auxiliares incluyendo respuesta a la demanda, regulación, reservas rodantes, reservas no rodantes, desequilibrio de energía, y productos similares.
El "operador de la red eléctrica" como se utiliza en este documento, se refiere a la entidad que es responsable de mantener la operación y estabilidad de la red eléctrica dentro o a través de un área de control eléctrico. El operador de la red eléctrica puede constituir alguna combinación de acción/intervención manual/humana y procesos automatizados que controlan señales de generación en respuesta a los sensores del sistema.
La "red eléctrica" como se utiliza en este documento, significa un sistema/red de distribución de energía que conecta a los productores de energía con los consumidores de energía. La red puede incluir generadores, transformadores, interconexiones, estaciones de interrupción, y equipo de seguridad como parte de alguno/ambos del sistema de transmisión (esto es, energía masiva) o del sistema de distribución (esto es, energía al por menor) .
Las "condiciones de red" como se utiliza en este documento, significa la necesidad de más o menos energía fluyendo dentro o fuera que una sección de la red de energía eléctrica, en respuesta a una de un número de condiciones como por ejemplo cambios en el suministro, cambios de demanda, contingencias y fallas, eventos de incremento, etc. Estas condiciones de red típicamente se manifiestan a sí mismas como eventos de calidad de energía tales como eventos de bajo o alto voltaje o eventos de baja o alta frecuencia.
El término "analizar" se puede referir a la determinación de elementos o características esenciales o funciones o procesos de dichas una o más cajas medidas para el procesamiento computacional y/o procesamiento de energía. El término "analizar" se puede además referir al rastreo de datos y/o recopilación de datos y/o manipulación de datos y/o examinación de datos y/o actualización de datos en tiempo real o de forma periódica de una forma automática y/o una forma selectiva y/o una forma manual.
El término "dispositivo electrónico" se puede referir a una o más computadoras personales (PCs, Personal Computers), una impresora independiente, un escáner independiente, un teléfono móvil, un reproductor de MP3, electrónica de audio, electrónica de video, sistemas GPS, dispositivos de monitoreo energía, dispositivos de control de energía, dispositivos de manipulación de energía, televisiones, medios de grabación y/o reproducción (tales como CDs, DVDs, videocámaras , cámaras, etc.) o cualquier otro tipo de electrónica análoga y/o digital del consumidor o que no es del consumidor. La electrónica del consumidor o que no es del consumidor puede aplicar en cualquier tipo de capacidad de entretenimiento, comunicaciones, casa, y/o de oficina. En consecuencia, el término "dispositivo electrónico" se puede referir a cualquier tipo de electrónica adecuada para su uso con una tarjeta de circuitos y se pretende que sea utilizado mediante una pluralidad de individuos para una variedad de propósitos. El dispositivo electrónico puede ser cualquier tipo de dispositivo de computación y/o procesamiento.
Las modalidades serán descritas a continuación mientras se hace referencia a las figuras de acompañamiento. Las figuras de acompañamiento son solamente ejemplos y no tiene la intención de limitar el alcance de la presente divulgación .
Con referencia a la Figura 1, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de energia de red eléctrica inteligente, de acuerdo con la presente divulgación.
El sistema de energia de red eléctrica inteligente 10 incluye una pluralidad de cajas 12, un bus 14, una puerta de administración de energia 16 y un (os) servidor (es) de red eléctrica inteligente 18.
En una primera modalidad ejemplar, la pluralidad de cajas 12 están conectadas a una puerta de administración de energia 16 mediante un bus 14. La puerta de administración de energia 16 puede estar además conectada a un servidor de red eléctrica inteligente 18. Se establece comunicación bidireccional entre la pluralidad de cajas 12, el bus 14, la puerta de administración de energia 16, y el (los) servidor (es) de red eléctrica inteligente 18.
La pluralidad de cajas 12 pueden ser cajas dúplex. Sin embargo, la pluralidad de cajas 12 puede ser cualquier tipo de cajas contempladas por alguien experimentado en la materia. La pluralidad de cajas 12 pueden parecer iguales a los dispositivos estándar no medidos pero constan de al menos un sensor de corriente, un sensor de voltaje, y un microprocesador (descrito más adelante con referencia a las Figuras 9 y 10) para llevar a cabo todos los cálculos necesarios para medir, al menos, los siguientes elementos: el voltaje presente en la linea de CA, la corriente de CA (amperaje) que la carga está consumiendo, el vatiaje (energía real) que la carga está consumiendo, los voltios-amperios (energía aparente) que la carga está consumiendo, el factor de energía, y/o los kilowatts-hora de la carga está consumiendo .
La puerta de administración de energía 16 puede ser cualquier tipo de medios de computadora o cualquier tipo de comunicador portátil uno portátil inalámbrico o no inalámbrico. Los comunicadores inalámbricos de mano pueden incluir teléfonos celulares, teléfonos inteligentes que pueden incluir capacidades de voz, video, mensajes de texto, correo electrónico y acceso a la web, asistentes digitales personales (PDA, Personal Digital Assitants) con capacidades de comunicación inalámbrica, localizadores inalámbricos, dispositivos de correo electrónico inalámbricos de mano, y computadoras personales (PCs) . Adicionalmente, en las modalidades ejemplares, la puerta de administración de energía 16 (p.ej., equipo de comunicación portátil) puede ser un teléfono celular, teléfono móvil, walkie talkie, teléfono satelital, PDA, dispositivo web, dispositivo, dispositivo de correo electrónico, equipo de exploración web, equipo de comunicación, equipo de navegación, equipo de información u otro equipo utilizado para la comunicación móvil y/o portátil .
La puerta de administración de energía 16 puede constar de una pantalla donde, al menos, se pueden mostrar los siguientes datos: voltaje en cada dispositivo, corriente total (amperaje) utilizado por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, vatiaje total (energía real) utilizado por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, voltios-amperes totales (energía aparente) utilizados por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, factor de energía total o por dispositivo, kilowatts-hora totales utilizados por todos los dispositivos o por un dispositivo en particular, y/o costo de la energía eléctrica utilizada con base en la tarifa eléctrica del usuario .
El servidor de la red eléctrica inteligente 18 se puede referir a cualquier tipo de red inteligente para conectar dispositivos inteligentes que incluyen uno o más servidores inteligentes. En otras palabras, el servidor de la red eléctrica inteligente 18 se puede utilizar para proporcionar acceso a una interfaz de red inteligente y funcionar como una puerta para computadoras servidor externas (descritas más adelante con referencia a la Figura 2) . Un servidor de la red eléctrica inteligente 18 se puede referir a cualquier tipo de red que no sea pasiva, la cual contenga diagnósticos integrados, administración, tolerancia de falla y otras capacidades que la mantengan funcionando sin problemas. El servidor de la red eléctrica inteligente 18 puede estar diseñado para comunicarse eléctricamente con uno o más sistemas/redes de energía de la red eléctrica inteligente.
Por otra parte, la pluralidad de cajas 12 del sistema de energía de la red eléctrica inteligente 10 puede ser parte de una red inalámbrica, la cual puede tener más que una puerta de administración de energía 16. La puerta de administración de energía 16 puede conectar los nodos de la red inalámbrica a uno o más servidores de la red eléctrica inteligente 18. Puede haber más de una WAN y/o LAN y más de un servidor 18. Puede haber otras redes inalámbricas en la red eléctrica inteligente que proporcionen monitoreo y control de otros componentes del sistema de energía de la red eléctrica inteligente 10. La pluralidad de cajas 12 en estas redes inalámbricas está en comunicación de dos vías con el (los) servidor (es) de la red eléctrica inteligente 18 a través de una o más puertas de administración de energía 16. Los enrutadores estándar, puentes y otras interfaces de red se pueden utilizar para conectar la puerta 16 con el servidor de la red eléctrica inteligente 18. A menos que se indique lo contrario, los términos puerta y punto de acceso se deben considerar como intercambiables.
Además, la pluralidad de cajas 12 recopila grandes volúmenes de datos/información, convierte los grandes volúmenes de datos/información en pequeños volúmenes de datos/información, y comunica los datos/información a un sistema de información más grande para proporcionar un sistema que sea práctico y escalable a un gran número de clientes. La pluralidad de cajas 12, en una modalidad, forma parte de un sistema inteligente de facturación/monitoreo/ control que permite obtener información en tiempo real o periódica relacionada con los servicios de energía y permite a un operador autorizado de la red eléctrica que controle las operaciones. El sistema de energía de la red eléctrica inteligente 10 ofrece las ventajas de ser capaz de dirigirse individualmente a cada toma/caja de energía, por lo tanto permitir los diagnósticos remotos por uno o más administradores autorizados y/u operadores de la red eléctrica.
La pluralidad de cajas 12 puede además servir para múltiples funciones, tales como, pero no limitado a: recopilación de datos (reúne datos en tiempo real y almacena datos históricos) , proyecciones mediante un motor de predicción, las cuales introducen datos en tiempo real o datos periódicos, datos históricos, etc., proporciona pronósticos de disponibilidad de recursos, optimizaciones con base en los pronósticos de disponibilidad de recursos, limitaciones, tales como señales de comando de los operadores de la red, preferencias del usuario, capacidades de acceso remoto, etc. La pluralidad de cajas 12 puede también cada una incluir un módulo de energía para comunicarse con la puerta de administración de energía 16.
La pluralidad de cajas 12 puede cada una incluir un microcircuito Wi-Fi, como se ha descrito a detalle más adelante con referencia a la Figura 14. El microcircuito Wi-Fi puede estar asociado con o estar en comunicación operable con o ser utilizado en conjunto con la pluralidad de cajas 12. El microcircuito Wi-Fi puede ser incorporado dentro del módulo de energía. El microcircuito Wi-Fi puede ser una unidad de baja energía para transmitir los datos/información recopilada y/o analizada por la pluralidad de cajas 12 a una pluralidad de dispositivos electrónicos. La pluralidad de dispositivos electrónicos puede incluir, por ejemplo, computadoras personales (PCs) con capacidades inalámbricas. Una vez que los datos/información recopilada y/o analizada es enviada/transmitida/comunicada a los dispositivos electrónicos, los dispositivos electrónicos pueden transmitir uno o más comandos a la pluralidad de cajas 12. La pluralidad de cajas 12 puede recibir los comandos y participar en una o más acciones. Estas acciones pueden incluir, por ejemplo, a pagar dispositivos conectados a una o más de la pluralidad de cajas 12 y/o desconectar/deshabilitar una o más de la pluralidad de cajas 12. Las acciones también pueden incluir proporcionar energía adicional a una o más cajas 12 y/o limitar la energía que se transmite a una o más cajas 12. Las acciones pueden también incluir proporcionar energía externa (p.ej., energía suplementaria o sustituida) desde una o más fuentes externas de energía conectadas al sistema de comunicación de la red eléctrica inteligente (p.ej., de energía eólica, energía solar, etc.) . Por lo tanto, dichos uno o más dispositivos electrónicos pueden transmitir inalámbrica mente uno o más comandos ya sea a la pluralidad de cajas 12 y/o a una o más puertas de administración de energía 16, 40, 64, 80, 82, 84 como se describe en este documento para al menos monitorear/rastrear, controlar, manipular, y/o actualizar los datos/información del consumo de energía en tiempo real o de manera periódica, ya sea manualmente o automáticamente.
La pluralidad de cajas 12 puede utilizar sistemas de energía inteligentes desarrollados por cualquier compañía adecuada. Los sistemas de energía inteligentes pueden ser utilizados para transmitir/enviar/comunicar información/datos (p.ej., datos de energía) a uno o más dispositivos electrónicos a través del circuito i-Fi descrito anteriormente. Por ejemplo, uno de esos sistemas puede ser el ZigBee Smart Energy System 1.0/2.0 que puede ser utilizado en cooperación con la pluralidad de cajas 12. Smart Energy 2.0 es una alianza entre ZigBee y HomePlug™ para transmitir datos/información a través de una residencia y/o una instalación comercial. La pluralidad de cajas 12 puede ser de cajas cableadas o puede ser de cajas de estilo de enchufe para su uso en una red eléctrica inteligente para disminuir el consumo de energía. La pluralidad de cajas 12 (p.ej., ya sean cableadas o de enchufe) puede cada una incluir el microcircuito de Wi-Fi inalámbrico medido, como se describió anteriormente. La pluralidad de cajas 12 se puede considerar como medidores del grado de beneficio. El medidor del grado de beneficio puede ser monitoreado ya sea con Wi-Fi o con sistemas Smart Energy descritos anteriormente. En una modalidad, el medidor del grado de beneficio puede estar diseñado para conseguir precisión de "grado de beneficio". Tal precisión de "grado de beneficio" puede ser, por ejemplo, dentro del 2% de precisión de acuerdo con ANSI 12.20.
Preferiblemente, la pluralidad de cajas 12 no incluye medios de visualización . Los medios de visualización pueden estar ubicados en una ubicación remota. Por ejemplo, los medios de visualización pueden estar ubicados en una PC remota o un dispositivo de monitoreo de energía remoto. También, la puerta de administración de energía 16 puede incluir medios de visualización. Los medios de visualización pueden ayudar a un operador para ver y/o manipular y/o alterar de manera remota los datos/información recopilada y/o analizada por la pluralidad de cajas 12.
Adicionalmente , la función de programación se puede presentar dentro del sistema de energía de la red eléctrica inteligente 10 para permitir un número de servicios de energía útiles, incluyendo, pero no limitados a: servicios auxiliares, tales como servicios de respuesta rápida y regulación rápida, energía para compensar desequilibrios repentinos, previsibles, o inesperados, respuesta a demandas de rutina e inestables, y/o firmar o renovar recursos de energía (p.ej., complementar la generación de otras fuentes alternativas de energía, tal como energía eólica o solar) .
Aunque la Figura 1 ilustra la pluralidad de cajas 12 como conectada al bus 14 y la puerta de administración de energía 16 por medio de cables, sería preferible construir el sistema 10 utilizando tecnología inalámbrica. Las tecnologías inalámbricas ejemplares incluyen, pero no están limitadas a, teléfono celular, RF, y red de área personal (Personal Area Network) . Sin importar la forma en la que se consiguen las conexiones entre la pluralidad de cajas 12, el bus 14, y la puerta de administración de energía 16, todos los módulos de la red eléctrica inteligente pueden están configurados para la comunicación de datos en serie entre los dispositivos interconectados . Sin embargo, se pueden utilizar esquemas alternativos de transferencia de datos.
Con referencia a la Figura 2, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente en comunicación con un concentrador externo, de acuerdo con la presente divulgación.
El sistema de energía de red eléctrica inteligente 20 incluye una pluralidad de cajas 12, un bus 14, una puerta de administración de energía 16, un (os) servidor (es) de red eléctrica inteligente 18, y un concentrador externo 22. El sistema de energía de red eléctrica inteligente 20 es sustancialmente similar al sistema de energía de red eléctrica inteligente 10 y en consecuencia solamente se discutirá en este documento en el alcance necesario para describir las diferencias en la construcción y uso del mismo.
El sistema de energía de red eléctrica inteligente 20 además incluye un concentrador 22, en contraste con el sistema de energía de red eléctrica inteligente 10 de la Figura 1. El concentrador 22 puede ser un punto de conexión común para dispositivos en una red eléctrica inteligente. El concentrador 22 se puede utilizar en cooperación con una LAN o WAN, y puede incluir múltiples puertos. Cuando llega un paquete a un puerto, éste se copia a los otros puertos de tal manera que todos los segmentos de la LAN o WAN pueden ver todos los paquetes. El concentrador 22 es preferiblemente un concentrador inteligente, en que, el concentrador 22 incluye características adicionales para permitir que un administrador monitoree el tráfico que pasa a través del concentrador y que configura cada puerto en el concentrador. Los concentradores inteligentes pueden ser denominados también como concentradores manejables. Alternativamente, alguien experimentado en la materia también puede utilizar un concentrador de interruptor. Se debe entender que se puede utilizar cualquier tipo de dispositivo que tenga múltiples interfaces de red y que de soporte una conectividad adecuada, ejemplos no limitativos de los cuales incluyen concentradores compartidos, interruptores (concentradores de interruptor), enrutadores, y puertas. Por lo tanto, el término "concentrador" en este documento denota cualquier dispositivo de esos sin ninguna limitación. Además, la red puede ser cualquier red basada en paquetes, ya sean incorporados o distribuidos, tal como una LAN, WAN por la Internet. El concentrador 22 puede ser un concentrador perteneciente, administrado, y/u operado por una entidad. Tal entidad puede actuar como un intermediario entre la puerta de administración de energía 16 y el (los) servidor (es) de la red eléctrica inteligente 18. Tal entidad puede ser cualquier tipo de proveedor de servicio. Un proveedor de servicio puede ser cualquier entidad que desarrolle, ofrezca, controle, administre, posea, altere y/o venda de productos de software y/o hardware, tales como cajas. Un proveedor de servicio puede ser cualquier entidad que lleve a cabo una o más tareas en una o más cajas, las cuales pueden o no estar controladas por o pertenecer al proveedor de servicio. Por ejemplo, la entidad puede ofrecer un servicio con un paquete de software existente y/o con cualquier tipo de servicio existente basado en Internet a través de la Internet. En otras palabras, un proveedor de servicio no necesita poseer o proporcionar las cajas. Las cajas pueden pertenecer o ser provistas por cualquier tercero no relacionado o asociado con el proveedor de servicio. En la presente divulgación, se contempla que la entidad (tal como un proveedor de servicio) puede ofrecer cualquier tipo de servicio y/o producto al remitir clientes potenciales a un sitio web de Internet o una tienda, que pueda o no estar asociada con los servicios y/o productos de cajas medidas. El término "entidad" se puede referir a cualquier cosa que pueda existir como una unidad discreta y/o diferente que posea, opere, administre y/o controle una o más de una pluralidad de máquinas (tales como cajas medidas) . Por ejemplo, el término "entidad" puede incluir el término "compañía" .
Como resultado, un roedor de servicio puede actuar como un conducto entre la puerta de administración de energía 16 y el (los) servidor (es) de la red eléctrica inteligente 18 con el fin de proporcionar servicios de soporte y/o mantenimiento y/o servicios de facturación relacionados con la pluralidad de cajas 12.
Con referencia a la Figura 3, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente incluyendo grupos de cajas, de acuerdo con una segunda modalidad de la presente divulgación.
El sistema de energía de red eléctrica inteligente 30 incluye un primer grupo de cajas 32 conectadas a un primer bus 36, un segundo grupo de cajas 34 conectadas a un segundo bus 38, una puerta de administración de energía 40, y un servidor de red eléctrica inteligente 42. El sistema de energía de red eléctrica inteligente 30 es similar al sistema de energía de red eléctrica inteligente 10 y en consecuencia solamente se discutirá en este documento en el alcance necesario para describir las diferencias en la construcción y uso del mismo.
En esta modalidad ejemplar alternativa, las cajas pueden estar agrupadas. En otras palabras, al primer grupo de cajas 32 se le puede permitir tener acceso a un primer bus 36, mientras que al segundo grupo de cajas 34 se le puede permitir tener acceso a un segundo bus 38. Alternativamente, se puede proporcionar una pluralidad de grupos de cajas, cada grupo teniendo acceso a un bus diferente, donde todos los buses se conectan a un punto de acceso principal, tal como la puerta de administración de energía 40.
Tal configuración/implementación puede ser conveniente en una estructura de edificio de múltiples niveles, donde, por ejemplo, una pluralidad de cajas en cada piso tiene acceso a un bus por separado, y los buses por separado se conectan cada uno para transferir los datos/información a una puerta de administración de energía. Adicionalmente , tal configuración/implementación puede ser conveniente en una casa, donde, por ejemplo, una pluralidad de cajas en cada habitación tiene acceso a un bus por separado, y los buses por separado se conectan cada uno para transferir los datos/información a una puerta de administración de energía. Alguien experimentado en la materia puede visualizar un número de diferentes configuraciones/implementaciones donde sería conveniente agrupar una pluralidad de cajas con base en un número de criterios.
Con referencia a la Figura 4, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente que incluye grupos de cajas y un concentrador externo, de acuerdo con la segunda modalidad de la presente divulgación.
El sistema de energía de red eléctrica inteligente 50 incluye un primer grupo de cajas 32 conectado a un primer bus 36, un segundo grupo de cajas 34 conectado a un segundo bus 38, una puerta de administración de energía 40, un servidor de red eléctrica inteligente 42, y un concentrador externo 52. El sistema de energía de red eléctrica inteligente 50 es similar al sistema de energía de red eléctrica inteligente 20 y en consecuencia solamente se discutirá en este documento en el alcance necesario para describir las diferencias en la construcción y uso del mismo.
La Figura 4 solamente ilustra un concentrador 52 que puede estar incluido en el sistema de energía de red eléctrica inteligente 30 de la Figura 3. El concentrador 52 ha sido descrito a detalle con referencia a la Figura 2 anterior.
Con referencia a la Figura 5, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente donde cada una de la pluralidad de cajas está directamente conectada a una sola puerta de administración de energía, de acuerdo con una tercera modalidad de la presente divulgación .
El sistema de energía de red eléctrica inteligente 60 incluye una pluralidad de cajas 62, una puerta de administración de energía 64, un servidor de red eléctrica inteligente 66, y un concentrador externo 68. El sistema de energía de red eléctrica inteligente 60 es similar a los sistemas de energía de red eléctrica inteligente 10, 20, 30, 50 y en consecuencia solamente se discutirá en este documento en el alcance necesario para describir las diferencias en la construcción y uso del mismo.
La Figura 5 solamente ilustra que la pluralidad de cajas 62 puede estar directamente conectada a la puerta de administración de energía 64. En otras palabras, una línea de comunicación compartida, tal como un bus (ver Figuras 1-4) no necesita estar incluida en el sistema de energía de red eléctrica inteligente 60. Un bus se puede incluir o excluir de acuerdo con los requerimientos o configuración o implementaciones del sistema de energía.
Con referencia a la Figura 6, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente donde grupos de cajas están cada uno conectado a puertas de administración de energía por separado para la comunicación con una puerta de administración de energía central, de acuerdo con la presente divulgación.
El sistema de energía de red eléctrica inteligente 70 incluye un primer grupo de cajas 72 conectadas a un primer bus 76 y un segundo grupo de cajas 74 conectadas a un segundo bus 78. El primer bus está conectado a una primera puerta de administración de energía 80 y el segundo bus 78 está conectado a una segunda puerta de administración de energía 82. La primera puerta de administración de energía 80 y la segunda puerta de administración de energía 82 están conectadas a una puerta de administración de energía central 84, que a su vez está conectada a un servidor de red eléctrica inteligente 86 y un concentrador 88 (el cual es opcional) . El sistema de energía de red eléctrica inteligente 70 es similar a los sistemas de energía de red eléctrica inteligente 10, 20, 30, 50, 60 y en consecuencia solamente se discutirá en este documento en el alcance necesario para describir las diferencias en la construcción y uso del mismo.
Tal configuración/implementación puede ser conveniente en una estructura de edificio de múltiples niveles, donde, por ejemplo, una pluralidad de cajas en cada piso tiene acceso a un bus por separado y a una puerta de administración de energía por separado, y las puertas de administración de energía por separado se conectan una con la otra a través de una puerta de administración de energía central.
Adicionalmente, tal configuración/implementación puede ser conveniente en un entorno de múltiples casas o múltiples oficinas, donde, por ejemplo, una pluralidad de cajas en cada casa u oficina tiene acceso a una puerta de administración de energía por separado, y las puertas de administración de energía por separado se conectan una con la otra a través de una puerta de administración de energía central. Alguien experimentado en la materia puede visualizar un número de diferentes configuraciones/implementaciones donde sería conveniente agrupar una pluralidad de cajas con base en un número de criterios para proporcionar un número de puertas de administración de energía.
Con referencia a la Figura 7, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye un convertidor posicionado entre la puerta de administración de energía y una o más redes externas, de acuerdo con la presente divulgación.
El sistema de comunicación de red eléctrica inteligente 90 incluye una pluralidad de cajas 92, una puerta de administración de energía 94, un convertidor 96, y red (es) externa ( s ) 98.
Como se ilustra en la Figura 7, un convertidor 96 está posicionado entre la puerta de administración de energía 94 y la(s) red(es) externa (s) 98. El convertidor 96 puede convertir una primera señal recibida de la puerta de administración de energía 94 en una segunda señal transmitida a la(s) red (es) externa (s) 98. La primera señal puede ser una señal de PLC y la segunda señal puede ser una señal de Ethernet. Alternativamente, la primera señal y la segunda señal pueden ser cualquier tipo de señales contempladas por alguien experimentado en la materia. Adicionalmente, una pluralidad de convertidores 96 puede estar posicionada entre una pluralidad de puertas de administración de energía 94 y la pluralidad de redes externas 98. Cada convertidor 96 es un sistema tal que puede convertir una primera señal en una pluralidad de otras señales para diferentes redes externas 98. En otras palabras, una primera señal se puede convertir en una señal de Ethernet para una porción de las redes externas 98 y la primera señal se puede convertir en otras señales diferentes para otras porciones de las redes externas 98.
Con referencia a la Figura 8, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye una pluralidad de convertidores posicionados adyacentes a cada una de la pluralidad de cajas, de acuerdo con la presente divulgación.
El sistema de comunicación de red eléctrica inteligente 100 incluye una pluralidad de cajas 102, una pluralidad de convertidores 104, una puerta de administración de energía 106, y red(es) eléctrica (s) 108. El sistema de comunicación eléctrica inteligente 100 es similar al sistema de comunicación eléctrica inteligente 90 y en consecuencia solamente se discutirá en este documento en el alcance necesario para describir las diferencias en la construcción y uso del mismo.
En contraste a la Figura 7, cada una de la pluralidad de cajas 102 está asociada con una pluralidad de convertidores 104. En otras palabras, cada caja tiene su propio convertidor. Además, la pluralidad de convertidores 104 está posicionada entre la pluralidad de cajas 102 y la puerta de administración de energía 106. De manera similar, las señales de PLC recibidas por la pluralidad de convertidores 104 de la pluralidad de cajas 102 se convierten en, por ejemplo, señales de Ethernet antes de ser recibidas por la puerta de administración de energía 106. Una vez que la puerta de administración de energía 106 recibe las segundas señales (p.ej., señales de Ethernet), ésta puede reenviar las segundas señales a las redes externas 108 para procesamiento adicional .
Con referencia a la Figura 9, se presenta un diagrama esquemático de una caja medida incluyendo un sensor de energía, un sensor de voltaje, y un microprocesador para la comunicación con una puerta de administración de energía, de acuerdo con la presente divulgación.
La caja medida 110 incluye una primera toma de corriente 112, una segunda toma de corriente 120, un sensor de corriente 114, un sensor de voltaje 116, un microprocesador 118, y una colección a una puerta de administración de energía 122.
Los sensores 114, 116 pueden estar conectados al procesador 118. El procesador 118 controla el estado abierto/cerrado de los interruptores y utiliza valores predefinidos de sensor-a-tiempo/sensor-a-destiempo . Por ejemplo, un algoritmo de encendido-apagado puede ser una simple secuencia alternada predefinida de a-tiempo/a-destiempo. En una modalidad alternativa, un sensor-controlador por separado, que comprende un procesador 118 y memoria (no mostrada) , se puede utilizar para controlar los sensores 114, 116.
Para la modalidad preferida, el procesador 118 está configurado para ejecutar un programa de control de sensor almacenado en al menos una de una memoria (no mostrada) o alguna otra memoria asociada con el procesador 118. También almacenados en la memoria están predefinidos el valor de sensor-a-destiempo, el valor de sensor-a-tiempo, y un valor de retraso. Se apreciará que cada sensor 114, 116 puede tener su propio valor de sensor-a-destiempo/sensor-a-tiempo o los sensores 114, 116 pueden utilizar los mismos valores y tales valores pueden ser programables por el usuario con sus limitaciones .
Se debe tener en cuenta que el procesador 118 puede almacenar señales de sensor procesadas o sin procesar en una memoria asociada con el procesador 118. Alternativamente, el procesador 118 puede simplemente dirigir las señales de sensor a otro dispositivo electrónico. Alternativamente, alguien experimentado en la materia puede contemplar utilizar una pluralidad de otros sensores para medir/monitorear/ controlar una pluralidad de otras variables/parámetros deseados .
Con referencia a la Figura 10, se presenta un diagrama esquemático de una caja medida que incluye un sensor de energía, un sensor de voltaje, un microprocesador, una pantalla de visualización, y medios de notificación para la comunicación con una puerta de administración de energía, de acuerdo con la presente divulgación.
La caja medida 130 incluye una primera toma de corriente 112, una segunda toma de corriente 120, un sensor de corriente 114, un sensor de voltaje 116, un microprocesador 118, una conexión a una puerta de administración de energía 122, una pantalla de visualización 132, y una notificación de video/audio 134. La caja medida de energía 130 es la caja medida 110 y en consecuencia solamente se discutirá en este documento en el alcance necesario para describir las diferencias en la construcción y uso de la misma.
En la Figura 10, la caja medida 130 además incluye una pantalla de visualización 132 y medios de notificación de video/audio 134.
La pantalla de visualización 132 puede mostrar una serie de información diferente al usuario. Alguna información puede incluir: uso de energía, uso de vatiaje, porcentaje de energía usada con respecto a otras cajas medidas en la misma habitación, porcentaje de energía usada con respecto a otras cajas en un grupo de cajas, porcentaje de energía usada con respecto a otras cajas dentro de la misma estructura (p.ej., casa, oficina, edificio, o pisos separados dentro de un edificio) , uso por semana, uso por mes, uso por temporada (p.ej., verano, invierno), tiempo de uso al día, energía recibida de fuentes alternativas de energía, etc.
Los medios de notificación de video/audio 134 pueden ser una señal audible o medios luminosos (p.ej., diodo emisor de luz (LED, Light Emitting Diode), o una pluralidad de LEDs) para notificar a un usuario si la caja de medición específica 130 ha excedido una asignación de uso de energía permitida o predefinida/preestablecida/predeterminada. La asignación de uso de energía se puede establecer por un operador autorizado de la red eléctrica a través de la puerta de administración de energía 122 con base en las condiciones de red. Por ejemplo, un operador de la red eléctrica (p.ej., el propietario de una casa) puede establecer una caja medida o un grupo de cajas medidas para que consuman solamente un cierto número de watts por día, por noche, por semana, por mes, por año, por temporada, por habitación, por piso, por edificio de oficinas, etc. Los medios de notificación de video/audio 134 pueden ser notificaciones automáticas con base en uno o más criterios y/o parámetros preseleccionados/ predeterminados/presentes por un usuario. La notificación se puede mostrar en la pantalla de visualización 132 o se puede transmitir a la puerta de administración de energía 122. En resumen, las alertas pueden ser alertas visuales o alertas audibles y se pueden transmitir a un usuario/administrador a través de cualquier tipo de medios electrónicos y se pueden registrar (p.ej., listas de historial de alerta/ notificación) .
Por otra parte, un usuario puede recibir una notificación mientras está lejos de la puerta de administración de energía 122. En otras palabras un usuario puede recibir la notificación en un teléfono celular, dispositivo inalámbrico de mano, PDA, PC, o cualquier otro dispositivo electrónico portátil descrito anteriormente y apagar de manera remota (o de otra manera controlar) una o más cajas problemáticas. La puerta de administración de energía 122 puede además tener una interfaz web incorporada para permitir la comunicación electrónica de sí misma como una pluralidad de dispositivos electrónicos portátiles. De hecho, cada una de la pluralidad de cajas puede tener su propia dirección de Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol) que se transmite a la puerta de administración de energía 122 y de ahí hacia uno o más dispositivos electrónicos. Alternativamente, una dirección diferente de IP se puede asignar a un grupo de cajas o a un relevador/bus que conecta un número específico de cajas.
Con referencia a la Figura 11, se presenta un diagrama esquemático de una pantalla de visualización de una puerta de administración de energía que ilustra el uso de energía de la caja, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 11 ilustra una pantalla de visualización 140 ejemplar de una puerta de administración de energía (p.ej., 16, 40, 64, 80, 82, 84, 94, 106, 122 descritas anteriormente en las Figuras 1-10) . Se pueden desarrollar una o más aplicaciones de software para mostrar tales datos/información en la pantalla de visualización 140. Una pantalla 140 de muestra puede intitularse "uso de energía de la caja".
La sección superior de la pantalla de visualización 140 puede incluir una primera designación de habitación 142 enlistando una pluralidad de primeras cajas 144. Una primera barra de titulo 146 puede incluir las designaciones de "en uso", "sin uso", "advertencia", y "desconectar". Por debajo de cada designación puede estar un menú de estatus 148 que designa el estatus de cada caja 144. Por ejemplo, la primera caja puede estar "en uso", mientras que la segunda y tercera cajas de la primera habitación 142 pueden estar "sin uso".
La porción inferior de la pantalla de visualización 140 puede incluir una segunda designación de habitación 150 enlistando una pluralidad de segundas cajas 152. Una segunda barra de título 154 puede incluir las designaciones de "en uso", "sin uso", "advertencia", y "desconectar". Por debajo de cada designación puede estar un menú de estatus 156 que designa el estatus de cada caja 152. Por ejemplo, todas las cajas 152 pueden estar "en uso", mientras que la tercera caja de la segunda habitación 150 puede estar modo "advertencia". En otras palabras, la tercera caja puede estar obteniendo demasiado vatiaje o una cantidad excesiva de vatiaje en comparación con otras cajas en esa habitación o en ese piso o en esa casa u oficina. Alternativamente, alguien experimenta la materia puede contemplar un número de diferentes criterios y/o parámetros y/o valores para monitorear/medir/controlar y mostrar en una pantalla de visualización 140 ejemplar.
En otra modalidad ejemplar, con respecto a la pantalla de visualización 140 de la Figura 11, las cajas 144, 152 pueden estar clasificadas por uso de energía o una pluralidad de otros criterios. En una modalidad alternativa, en lugar de dar una clasificación única a cada una de la pluralidad de cajas 124, 152, se pueden establecer categorías de importancia. En tal modalidad, muchas cajas pueden tener la misma clasificación. De esta manera, en momentos de escasez de energía, dispositivos de consumo de energía individuales se pueden apagar (manualmente o automáticamente) por un operador de la red eléctrica con base en las condiciones de la red. Un usuario puede verificar las clasificaciones cada semana o cada mes y recibir una alerta/notificación automática referente al estatus de todas y cada una de las cajas en una estructura de casa u oficina o edificio.
Con referencia a la Figura 12, se presenta un diagrama esguemático en vista 3-D de una caja de medición, de acuerdo con la presente divulgación.
La vista en 3-D de la caja de previsión 160 incluye una placa frontal 162, una placa posterior 164, una primera toma de corriente 166, una segunda toma de corriente 168, un soporte de montaje superior 170, un soporte de montaje inferior 172.
Un sensor de corriente 114, un sensor de voltaje 116, y un procesador 118 descritos anteriormente con referencia a las Figuras 9 y 10 se ubican dentro de la caja de medición 160 para medir/monitorear/controlar una pluralidad de parámetros/valores, tales como: el voltaje presente en la linea de CA, la corriente de CA (amperaje) que la carga está consumiendo, el vatiaje (energía real) que la carga está consumiendo, los voltios-amperios (energía aparente) que la carga está consumiendo, el factor de energía, y/o los kilowatts-hora de la carga está consumiendo.
Con referencia a la Figura 13, se presenta un diagrama esquemático de un sistema de energía de red eléctrica inteligente que incluye una puerta de administración de energía para la administración y control de una o más cajas, de acuerdo con la presente divulgación.
La Figura 13 representa un sistema de energía 180 que incluye una caja 182, un multicontacto 184, un interruptor 186, un dispositivo esclavo 188, un dispositivo maestro 190, una computadora 192, una puerta de administración de energía 194, una línea neutral 196, y una línea cargada 198.
El dispositivo esclavo 188 puede estar conectado a la caja 182, al multicontacto 184 y/o al interruptor 186. El dispositivo maestro 190 y la puerta de administración de energía 194 están conectados a la línea neutral 196 y a la linea cargada 198. El dispositivo maestro 190 y la puerta de administración de energía 194 están además enlazados al dispositivo esclavo 188 a través de la línea neutral 196 y de la línea cargada 198. La Figura 13 ilustra que los dispositivos de red eléctrica inteligente (esto es, la caja 182, el multicontacto 184 y/o el interruptor 186) no necesitan estar conectados directamente a la puerta de administración de energía 194.
La Figura 14 representa un diagrama esquemático de un microcircuito inalámbrico medido 200 incorporado con dichas una o más cajas, de acuerdo con la presente divulgación. El microcircuito 200 puede estar incorporado dentro del módulo de energía de cada una de la pluralidad que cajas 12. Por ejemplo, el producto puede incluir un ensamble de tarjeta de circuitos impresos (PCBA, Printer Circuit Board Assembly) de montaje de pequeña superficie con el microcircuito 200 que incorpora un medidor integrado, un microcontrolador principal, tal como el PIC 24 de Microchip®, y un módulo inalámbrico tal como el módulo ZeroG™ de Microchip® para Wi-Fi y el microcontrolador Freescale™ ARM 7 para la interfaz inalámbrica ZigBee.
La Figura 15 representa un diagrama de estado de una caja de medición inalámbrica. El diagrama de estado 300 representa cuatro estados. El primer estado 302 se refiere a una caja de medición desconectada. El segundo estado 304 se refiere a una caja de medición conectada. El tercer estado 306 se refiere a una carga conectada. El cuarto estado 308 se refiere a una caja de medición conectada. Alguien experimentado en la materia puede contemplar una pluralidad de diferentes estados, cada estado con base en una pluralidad de diferentes variables.
Específicamente, en el primer estado 302 la caja de medición está ' desconectada, la luz de energía está apagada y la luz de transmisión está apagada. En el segundo estado 304, la caja de medición está conectada, la luz de energía está encendida y la luz de transmisión está encendida. En el tercer estado 306, la carga está conectada, la luz de energía está encendida y la luz de transmisión está encendida. En el cuarto estado 308, la caja de medición está conectada, la luz de energía está encendida y la luz de transmisión está apagada .
Entre el primer estado 302 y el segundo estado 304, cuando la caja de medición no está conectada y no hay carga, no hay comunicación entre tales estados. Entre el primer estado 302 y el segundo estado 304, cuando la caja de medición está conectada y no hay carga, hay comunicación entre tales estados.
Entre el segundo estado 304 y el tercer estado 306, cuando la caja de medición está conectada y hay una carga, hay comunicación entre tales estados. Entre el segundo estado 304 y el tercer estado 306, cuando no hay carga, no hay comunicación.
Entre el tercer estado 306 y el cuarto estado 308, cuando la caja de medición está conectada y hay una carga, no hay comunicación desde el tercer estado 306 al cuarto estado 308. Entre el tercer estado 306 y el cuarto estado 308, cuando la caja de medición está conectada y hay una carga, hay comunicación desde el cuarto estado 308 al tercer estado 306.
Entre el cuarto estado 308 y el primer estado 302, cuando la caja de medición no está conectada, no hay comunicación entre tales estados. Entre el cuarto estado 308 y el primer estado 302, cuando la caja de medición está conectada y hay una carga, hay comunicación entre tales estados .
Aunque las modalidades ejemplares han sido descritas como relacionadas a redes de datos basadas en Ethernet/IP, las modalidades ejemplares se pueden aplicar de manera similar a cualquier tipo de red de datos. Además, aunque las redes de paquetes son las más comunes para las redes de área local, las modalidades ejemplares no se restringen a las redes de paquetes solamente, y se pueden aplicar a cualquier red de datos digitales, donde las entidades de red se identifican únicamente por direcciones.
Adicionalmente, las redes eléctricas inteligentes de las modalidades ejemplares pueden comprender una o más redes WAN y/o una o más redes LAN. Al menos un módulo WAN se puede configurar para comunicarse con un centro de operaciones de red utilizando protocolos WAN estándar, y RF de espectro sin licencia. Al menos un módulo LAN se puede configurar para comunicarse con activos y recursos locales utilizando protocolos estándar tales como, PLC, Ethernet, o RS-485. Alternativamente, la puerta de red eléctrica inteligente se puede configurar para permitir que el personal/ usuarios/operadores de red del servicio ejecuten diagnósticos, recuperación de datos, y actualizaciones del software local en la puerta mediante una conexión LAN proporcionada por el módulo LAN o mediante una conexión WAN proporcionada por el módulo WAN.
En resumen, la presente divulgación describe un sistema y método que proporcionan una red eléctrica inteligente de distribución/monitoreo/control de energía eléctrica inteligente al fomentar dispositivos de inteligencia y/o inteligentes en la red eléctrica inteligente. En una modalidad, se puede proporcionar información en tiempo real o periódica al punto de consumo (esto es, cajas). En otra modalidad, el sistema permite reacciones autónomas a eventos de la red eléctrica inteligente para optimizar la conflabilidad y economía.
En otra modalidad ejemplar, uno o más consumidores de energía pueden operar dispositivos alternativos de generación de energía. Posibles dispositivos de generación de energía incluyen, pero no están limitados a, unidad de solares, turbinas eólicas, unidades geotérmicas, celdas de combustible, biocombustibles , o equipo de ejercicios. La energía de los dispositivos de generación de energía se puede suministrar a la red eléctrica inteligente. Las cajas y/o puertas de administración de energía de las modalidades ejemplares (p.ej., 12, 16, 18, 22 de las Figuras 1 y 2) pueden estar diseñadas para compensar tal energía generada. En otras palabras, las cajas pueden estar diseñadas para determinar cuánta energía se recibe de la compañía de servicios públicos y cuánta energía se genera por fuentes alternativas de energía. Este mecanismo permite a un usuario u operador de la red eléctrica de las puertas de administración de energía ajustar/modificar/reconfigurar las consideraciones y los criterios/parámetros/valores del uso de energía .
En todavía otra modalidad ejemplar, un concentrador o redes o servidores externos (p.ej., 18, 22, 42, 52, 66, 68, 86, 88, 98, 108 como se describe en las Figuras 1-8 anteriores) puede enviar recomendaciones de ahorro de energía a través del cambio de patrones de uso o sugerir recomendaciones de conservación después de medir el uso de energía de cada caja en una estructura de casa u oficina o edificio o similares. En otro ejemplo, los concentradores o redes o servidores externos pueden proporcionar realimentación y otra información al usuario acerca de factores ambientales que resultan de los patrones de uso y/o decisiones del consumidor/usuario .
En todavía otra modalidad ejemplar, el sistema/red eléctrica inteligente puede incluir almacenamiento electrónico, el cual puede almacenar datos históricos de uso y costo relacionados con todas y cada una de las cajas. El almacenamiento electrónico se puede ubicar en el sitio del consumidor, la compañía de servicios públicos, o una ubicación de un tercero (p.ej., un proveedor de servicio como se describió anteriormente con referencia a la Figura 2) . Además, el almacenamiento electrónico puede estar ubicado en algunas o todas estas ubicaciones. Con los datos históricos o información/patrones de uso históricos, las varias entidades asociadas con el sistema/red eléctrica inteligente pueden llevar a cabo análisis estadísticos y buscar tendencias del consumo de energía. Los análisis pueden mostrar, por ejemplo, que una caja metida en particular necesita reparación o substitución .
Por otra parte, de acuerdo con las modalidades ejemplares, los usuarios son capaces de reducir el costo del consumo de energía (p.ej., vatiaje) con el mínimo esfuerzo para configurar y administrar un sistema. Los usuarios pueden ser capaces de medir los costos reales de utilizar dispositivos en todas las cajas conectadas a o intentando conectarse al sistema de red eléctrica inteligente. Los usuarios pueden también ser capaces de implementar políticas y/o reglas del uso de energía para la reducción del costo. Los usuarios pueden también modificar el sistema (p.ej., a través de las cajas de administración de energía) al incluir un conjunto de reglas y/o políticas por defecto preestablecidas/predeterminadas/predefinidas que se pueden modificar en cualquier forma deseable con base en metas de reducción del costo, metas de recuperación del costo, y/o iniciativas verdes. Los usuarios pueden además ser capaces de medir, monitorear, entender, y ganar control sobre los costos y el impacto ambiental del uso de energía en la casa, oficina, u organización al analizar, por ejemplo, el uso de vatiaje, y/o uso por casa, piso, habitación, oficina, departamento, organización, y/o ubicación.
Adicionalmente, se puede desarrollar un número de paquetes de software para las puertas de administración de energía para medir/monitorear/controlar una pluralidad de cajas y mostrar los datos/información en una pantalla.
Consecuentemente, la presente divulgación proporciona muchas ventajas. Por ejemplo, los sensores (p.ej., sensores de voltaje y corriente) incorporados en las cajas permiten monitorear/controlar o recibir de manera remota la información del consumo de energía. Con la presente divulgación, el usuario puede introducir preferencias a las cajas medidas para que se rechacen o se apaguen (p.ej., en caso de escasez de energía o con base en preferencias individuales de uso) . Una ventaja adicional es que las instrucciones se pueden enviar al consumidor/usuario/operador de la red eléctrica desde una ubicación remota con el fin de saber el incremento en la eficiencia de energía. Además, se le puede proporcionar al consumidor/usuario/operador de la red eléctrica materiales/información educacional. Adicionalmente, los datos históricos del uso de energía valiosos se pueden reunir para ayudar al consumidor/ usuario/operador de la red eléctrica y a los servicios públicos de energía para la planeación del uso futuro de energía .
La presente divulgación además proporciona un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye una pluralidad de cajas, una o más cajas de administración de energía en comunicación eléctrica con cada una de la pluralidad de cajas, y una o más fuentes externas de comunicación. Cada una de la pluralidad de cajas proporciona información del uso de energía a una o más puertas de administración de energía y a una o más fuentes externas de comunicación .
La presente divulgación además proporciona una caja eléctrica medida en comunicación eléctrica con un procesador que incluye un sensor de corriente y un sensor de voltaje. La caja medida proporciona información del uso de energía a una o más fuentes externas.
La presente divulgación además proporciona un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que incluye una pluralidad de cajas y una puerta de administración de energía en comunicación eléctrica con cada una de la pluralidad de cajas. Cada una de la pluralidad de cajas proporciona información del uso de energía a la puerta de administración de energía. La información del uso de energía se transmite a través de unos primeros medios de comunicación a la puerta de administración de energía y la puerta de administración de energía transmite la información a través de unos segundos medios de comunicación a una o más fuentes externas de comunicación .
La presente divulgación también incluye como una modalidad adicional un medio legible por computadora que almacena instrucciones programables configuradas para ejecutarse por al menos un procesador que lleva a cabo los métodos descritos en este documento de acuerdo con la presente divulgación. El medio legible por computadora puede incluir memoria flash, CD-ROM, un disco duro, etc.
Aunque los sistemas y métodos ejemplares han sido descritos en lenguaje especifico para características estructurales y/o actos metodológicos, se debe entender que el tema definido en la presente divulgación no está necesariamente limitado a las características o actos específicos descritos. Más bien, las características y actos específicos se divulgan como formas ejemplares para implementar los métodos, dispositivos, sistemas, etc. de la presente divulgación. El resumen y el título no se deben interpretar como limitativos del alcance de la presente divulgación, ya que su propósito es el de permitir que las autoridades apropiadas, así como el público en general, determinen rápidamente la naturaleza general de la presente divulgación .
Se apreciará que variaciones de lo divulgado anteriormente y otras características y funciones, o alternativas de las mismas, puede ser deseable combinarlas en muchos otros sistemas o aplicaciones diferentes. También, aquellas varias alternativas, modificaciones, variaciones o mejoras imprevistas o no anticipadas en este documento, se pueden hacer posteriormente por aquellos experimentados en la materia .

Claims (24)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un sistema de comunicación de red eléctrica inteligente que comprende: una pluralidad de cajas, cada caja incluye una placa frontal, una placa posterior, al menos una toma de corriente, y un módulo de energía ubicado dentro de la caja; y una o más puertas de administración de energía en comunicación bidireccional con la pluralidad de cajas; en donde el módulo de energía de cada una de la pluralidad de cajas incluye al menos un sensor y un procesador para recopilar y comunicar información del consumo de energía a dichas una o más puertas de administración de energía .
2. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho al menos un sensor está configurado para medir corriente y voltaje.
3. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el procesador está configurado para recopilar, analizar, y comunicar la información del consumo de energía.
4. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de energía de cada una de la pluralidad de cajas está configurado para incluir medios de notificación.
5. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de energía de cada una de la pluralidad de cajas está configurado para medir y controlar el consumo de electricidad.
6. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de energía de cada una de la pluralidad de cajas está configurado para controlar al menos un parámetro seleccionado de los siguientes: el voltaje presente en una línea de CA, la corriente de CA consumida por una carga, el vatiaje consumido por la carga, la energía aparente consumida por la carga, un factor de energía, y kilowatts-hora consumidos por la carga.
7. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichas una o más cajas de administración de energía están conectadas a uno o más servidores de red eléctrica inteligente, dichos uno o más servidores de red eléctrica inteligente están conectados a uno o más concentradores.
8. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichas una o más puertas de administración de energía están configuradas para ser controladas por una sola puerta de administración de energía central.
9. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de cajas está configurada para separarse en una pluralidad de subconj untos , cada subconjunto administrado de manera colectiva por dichas una o más puertas de administración de energía .
10. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, además incluye un convertidor configurado para permitir la comunicación entre dichas una o más puertas de administración de energía y una pluralidad de redes.
11. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, además incluye un convertidor configurado para permitir la comunicación entre la pluralidad de cajas y dichas una o más puertas de administración de energía.
12. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de dichas una o más puertas de administración de energía están configuradas para clasificar la pluralidad de cajas conectadas a la misma con base en al menos un criterio.
13. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los dispositivos de generación de energía externa están configurados para proporcionar energía al sistema de comunicación, el sistema de comunicación reconfigura el uso de energía de la pluralidad de cajas con base en la cantidad de energía externa recibida de los dispositivos de generación de energía externa .
14. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de la pluralidad de cajas está configurada para ser controlada desde una ubicación remota.
15. El sistema de comunicación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de la pluralidad de cajas está configurada para estar asociada con una dirección de Protocolo de Internet (IP) para la comunicación bidireccional con dichas una o más puertas de administración de energía.
16. Una caja que comprende: una placa frontal, una placa posterior, al menos una toma de corriente, una unidad de medición; y al menos un sensor ubicado dentro de la caja para la medir un parámetro de uso eléctrico; en donde la unidad de medición está configurada para recopilar y comunicar el parámetro de uso eléctrico medido a una o más puertas de administración de energía.
17. La caja de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque la unidad de medición de la caja está configurada para medir corriente y voltaje mediante dicho al menos un sensor.
18. La caja de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque la unidad de medición de la caja está configurada para incluir un procesador para recopilar, analizar, y comunicar la información del consumo de energía.
19. La caja de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque la unidad de medición de la caja está configurada para medir y controlar el consumo de electricidad.
20. La caja de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque la unidad de medición de la caja está configurada para controlar al menos un parámetro seleccionado de los siguientes: el voltaje presente en una línea de CA, la corriente de CA consumida por una carga, el vatiaje consumido por la carga, la energía aparente consumida por la carga, un factor de energía, y kilowatts-hora consumidos por la carga.
21. La caja de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque la caja incluye una unidad de visualización para mostrar información relacionada con la caja en comunicación con dichas una o más cajas de administración de energía.
22. La caja de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizada porque la unidad de visualización incluye uno o más indicadores de audio, uno o más indicadores de video y/o una pantalla de visualización.
23. La caja de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque los datos históricos de uso y costo se extrae de una unidad de memoria incluida en la caja.
24. La caja de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque la caja está configurada para ser controlada desde una ubicación remota.
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