[发明专利]用于智能灵活转换开关的装置、方法和系统

说明书

本发明构思包括一种连接的智能转换开关系统，所述系统允许对通过硬连线和无线连接而连接到设备的能量源进行远程计量、监测和控制，并且公开了用于操作所述系统的方法。通过结合连接到建筑物的所有能量资源的高级监测和控制能力，诸如化石燃料发电机、电池储能系统、太阳能光伏阵列、风力涡轮机、公用电网连接、可控负载、或生成、存储或消耗能量的其它技术，本发明构思代表了对现有转换开关系统的重大改进。本发明构思还提供了用于通过专用网络通信连接来灵活且智能地操作这些资源的部件，所述专用网络通信连接使得能够进行高级操作决策以通过面向用户的数字接口确定最佳的切换动作和实时交互。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月15日提交的美国临时专利申请No.62/698,197号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明构思总体上涉及用于从多个电力源输入向负载输出供电的转换切换设备领域。

背景技术

转换开关是用于从多个源输入向负载输出供电的电气开关，该多个源输入可以是电网连接、一个或多个发电机源、或替代能量资源(诸如太阳能阵列或储能系统)的任意组合。传统的转换切换技术大致分为两大类：手动切换开关和自动转换开关(ATS)。手动切换开关采用机械杠杆臂，其中操作者通过投掷或改变机械杠杆臂的位置来实现电触点从输入源到另一输入源的转换。ATS是自动开关，当它们感测到输入源之一已断电或通电时，会触发它们在不同输入源之间切换。

手动切换开关采用机械杠杆臂将电触点从一个输入源移动到另一输入源。在需要将电力从一个输入源传递到另一输入源的特定时刻，该杠杆由人操作。另一方面，ATS单元不需要物理操作，而是采用电逻辑在两个输入源之间切换。通常，在ATS设备中有一个优先级源，只要优先级源可用就可以使用；当此源发生故障时，ATS会自动将电力切换到辅助源。尽管也存在机械操作的ATS系统，但通常通过继电器或接触器单元内的机电操作触点来实现自动切换到辅助源。ATS系统可能会有定延时迟或保护系统，并且这些附加特征可能会经由物理拨盘进行调整。

现代的ATS设备可以替代地利用微处理器或微控制器(MCU)来操作系统。这些基于MCU控制的开关的系统利用数字逻辑来执行切换功能。此外，ATS中的MCU偶尔可以被配置为针对某些附加特征进行编程，诸如定延时迟、保护阈值、发电机运行程序或安静时间例程。该技术的最高级状态是使用这些基于MCU控制的开关的系统(这些系统是数字操作的并且可能包含上述功能性)以及有线通信系统(这种系统允许ATS与外部系统进行接口，包括用于远程监测、数据记录或在更高级别的建筑物管理系统中进行集成的网关)。这些高级ATS系统中使用的协议类型可以包括RS-2S2或RS-485串行通信、Modbus网络协议或CAN总线系统等。此类系统的用户包括，例如，建筑物或设施管理者、技术人员或大型能量资源的运营商。数字监测和控制解决方案通常是高度技术化的，并针对商业或工业需求水平进行了量身定制。这些高级系统的主要用例是为关键电力应用提供详细的监测和系统状态信息，在这些应用中，转换系统必须始终处于良好状态，以确保在主源出现故障的情况下备用电力源的可用性。在医院、服务器设施或其它关键业务运营中可能就是这种情况。

然而，即使这种现代技术也包括局限性，因为当前系统仅基于严格编程的一组规则和阈值或直接的用户干预来执行切换动作。这些系统不包含内部决策能力，也不具有利用一组更灵活或动态的操作规则的能力。对于诸如手动操作的机械系统之类的系统，设备内没有存储任何信息，并且它不包含用于操作其切换机构的逻辑或算法，因为它只能通过人工干预才能进行物理操作。ATS技术通常还通过一套严格的规则来操作，在这种情况下是电源的存在与否，以及在某些情况下，是某些其它因素(诸如定时偏好、或所安排的可以或不可以利用备用源的时间段)。这些传统技术均无法利用从设备本身外部的源收集的动态信息集，例如来自其它能量资源或来自互联网服务的信息，这些信息可以提供关于各种因素的历史的、实时的和预测的数据，比如电网可用性、能耗、天气状况、用户偏好和电价。当前的常规技术不允许对设备的操作设置进行灵活和远程的更改。手动切换设备以及基本的ATS设备只能根据各自的主要操作原理以单一方式进行操作。