[发明专利]模块化能量控制系统

说明书

本发明一般涉及能量管理领域，尤其涉及用于控制能量产生和消耗设备的 系统和方法。本申请的主题与共同所有的于2005年6月6日提交、题为 “Optimized Energy Management System”(最优化能量管理系统)的美国申请 No.11/144,834有关，其内容通过引用结合于此。

背景

随着全世界对能量需求的增大，来自环境考虑和能源价格波动的压力已提 高了对节能和替代能源的需求。可编程自动调温器已允许消费者对他们的供暖 和制冷系统编程从而减少他们不在家或入睡期间的消耗。自动定时器已使消费 者能在不需要时关灯。太阳能电池板、燃料电池、风车、备用发电机和其他能 源已变得更加适用于居家和企业。然而，因为诸如回收成本的困难、替代能源 供应(例如太阳、风)的不可预测性、以及在将这些能源和设备集成到常规电 力系统中的困难之类的因素，这些替代能源和技术的使用已受到限制。常规家 庭自动化系统通常不会成熟到考虑发电变数和需求预测表。

诸如那些在以上标识的专利申请中所描述的系统和方法向诸如住宅家庭 用户之类的能量消费者提供一种更好地平衡电能的产生、消耗和存储的手段， 包括存储例如由光伏(PV)板产生的电能的能力。通过监控电源和规划能量需 求，能量消费者能够更有效地使用能源。

如上所述的协调能量平衡所需的设备可能是昂贵并庞大的。因此，提供用 于在诸如居家或办公室之类的环境中测量和控制能量装置的模块化体系结构 是合乎需要的。

发明概要

本发明一实施例包括与一个或多个负载管理器无线通信的能量管理器基 本单元。各个负载管理器测量被一个或多个耦合到那个负载管理器的设备所消 耗的能量，无线地将能量测量读数传回基本单元，并且基于基本单元的无线控 制可关闭或减少对这一个或多个设备提供的能量。新的负载管理器可被模块化 地添加到具有最低配置和可容易缩放成本的系统。

根据本发明另一实施例，能量管理器基本单元与一个或多个控制由PV板 产生的电力的光伏(PV)逆变器、或替换地与一个或多个耦合到这些PV逆变 器的无线适配器无线通信。各个适配器将关于太阳电池板上可用的太阳能的测 量值无线传输回基本单元，并且可无线接收来自基本单元的命令以配置各个逆 变器控制PV板的发电、并可任选地引导这些能量以存储于一个或多个电池或 其他储能设备。

根据本发明又一实施例，能量管理器基本单元与耦合到测量进入屋内的功 率的“智能”功率表的无线适配器无线通信，并可任选地将由智能功率表使用 的协议转换成系统内部使用的协议。

以下更详细地描述其他变体和实施例，且本发明并不旨在以任何方式受此 概要的限制。

附图简述

图1示出其中可实践本发明各种原理的能量管理系统。

图2示出根据本发明一种变体的包括无线基本单元、无线负载管理器、以 及用于PV逆变器的无线适配器的模块化体系结构。

图3示出根据本发明某些方面控制能量的产生和使用的过程。

图4示出根据本发明各方面的用于无线适配器的一种可能配置。

发明详述

图1示出2005年6月6日提交的题为“Optimized Energy Management System Patent Application”(最优化能量管理系统专利申请)的美国申请No. 11/144,834中所述类型的系统。如图1所示，装置101包括单元103，该单元 103包括控制器104和内部存储设备105。内部存储设备105可包括例如多个 用于存储电能的铅酸或镍金属氢化物存储电池、飞轮、和/或诸如所谓“超级电 容器”之类的大型电容器。可任选地包括外部存储设备106以存储附加的电能。 存储设备105和106可在电网中断时期或电网价格超过某些临界值期间对各种 设备供电，且它们可被用来在确定为有利期间将电量售回电力行业(electrical utility)。设备105和106的存储容量可被选择以适合特定环境，诸如通常的 居家、企业、或其他电消费者的需求。

包括用于将直流电能转换为交流电能的逆变器、断路器、换相换能器之类 的电量电子设备也可被包括在内，但它们在图1中未被单独示出。