使用过零检测的微电网切换的制作方法

本公开总体上涉及电力领域，并且更具体讲，涉及用于灵活地管理房屋中负载的电力消耗的系统和技术。背景信息诸如发电机和微电网的电力系统源通?；岜环课莸挠没Щ蚴褂谜甙瓷逃眯枰镜夭渴鸪筛髦掷嘈秃痛笮〉?。本地电源(例如发电机或电池)的总功率容量可能会小于房屋(例如家庭或商业场所)可能消耗的电力(能量)量。因此，在从公用电网到本地电源(例如，微电网)的电力切换期间，需要防止本地电源的过载，同时使切换期间的断电最小化。然而，现有的负载管理解决方案通?；岫峡鑫⒌缤栽诠潭ㄅ涞绨迮渲弥惺迪指涸厍卸系髡?，从而避免在最终切换到本地电源上时的过载。

背景技术：

技术实现思路

1、本文描述的实施例是针对使用过零检测微电网切换技术的，其在最终切换到副(本地)电源上时防止了过载，同时减少了切换期间的断电，从而避免了依赖单独的控制器来引导微电网或对ups的需要。一种灵活负载管理(flm)系统包括虚拟临界负载配电板(vclp)，其采用了断路器与每个分支电路的配用?？?即，智能控制器)的组合，其中，配用?？楸慌渲贸筛胁馓峁└桓龌蚨喔龈涸氐牡缌σ允侗鸸?。当检测到预配数量的连续缺失的过零时，就警告每个配用?？橛星痹诘闹鞯缌λ鹗?例如，来自公用电网的不稳定电力)，并因此在本地电力下工作之前就转变到用于负载调整的虚拟临界负载(vcl)模式上。即，被配置成控制到每个分支电路的电力的配用?？榈目刂破骺梢缘ザ赖丶觳庵甘竟玫缌λ鹗У娜笔У墓愕氖?，并相应地转变到虚拟临界负载模式上，该虚拟临界负载模式可以立即调整减少的电力以避免本地电源的过载。在检测到主电力损失时，配用?？榫捅慌渲贸删梢桓龌蚨喔鰒cl位的状态来激活(或停用)负载，当在本地电力下工作时，这些状态会将每个负载配置成on(接通)或off(断开)状态。有利的是，该技术的vcl位避免了对配电板桥控制器(pbc)响应于主电力损失而指令(例如，经由消息交换)配用?？榍谢?接通/断开)负载的需要，由此消除了消息交换所消耗的时间(例如，秒)，消息交换所消耗的时间可能会产生负载的?；奔?，因为本地电源可能会过载而致使其断路器跳闸。此外，出现多个缺失的过零的时间可以与从主电源供应的电力到从本地电源供应的电力的转变的时间同时出现，因此，使得?；奔浯蟠蠹跎倭?。

2、在一个实施例中，vclp是一种优先枚举(即，优先化)的房屋内的负载，其中，负载被认为足够重要，这使得它们是要被本地电源?；さ?。根据该技术，pbc最初配置(设置)vcl位的状态，并将配置的vcl位发送到配用?？樯?。vclp此后可由用户使用vcl位实时动态配置。主电力损失可由配用?？榛诹笔У墓憷醇右约觳?。默认数量的连续缺失的过零可被配置为四(4)，尽管可以预配任意数量的连续缺失的过零。例如，在检测到4个连续缺失的过零后，配用?？榫涂梢宰涑蓈cl模式，并且基于与负载相关联的vcl位的状态，在以本地电力工作之前就激活(维持)或停用(切断)到每个负载上的电力。这样，本地电力可能会过载，导致其断路器跳闸，从而需要手动干预来断开额外的负载(即，减少过载状况)并复位本地电力断路器。此外，pbc还可以重新配置在主电力中断之后失去其状态的任何配用?？榈膙cl位。

3、具体实施例描述

4、图1示出了在诸如营业场所或家庭之类的场所内一种灵活负载管理(flm)系统100的一个示例性部署。flm系统100采用了一个或多个虚拟临界负载配电板(vclp)，每个虚拟临界负载配电板都提供一个优先化的负载，这些负载被认为足够重要以保证由作为切换到备用系统或服务和/或电力可用性的补充的房屋副(本地)电源102来进行?；?。如本文所述，flm系统100采用了电路中断或断路器122与配用?？?00(即，智能控制器)的组合，以通过一天中的时间、季节或甚至动态地改变房屋内负载的优先次序。

5、在一个或多个实施例中，用于房屋的本地电源102可以是发电机或电池逆变器，后者将来自电池的直流(dc)转换成高电压的交流(ac)。然而，在一个说明性实施例中，本地电源102可以是被配置成生成例如在5kw(千瓦)至30kw范围内充足电力的微电网，该电力足以为许多不同类型的负载供电。

6、微电网控制器106被配置成管理flm?100中的功耗和/或其它高级控制功能，例如确定哪些负载应被激活(供电)。为此，微电网控制器106可以包括处理器，该处理器配置成执行软件并操纵在存储器(例如，永久性或易失性存储器)中维护的数据结构，该存储器具有用于存储软件和数据结构的位置。数据结构可以包括一个状态中心，其可以利用flm系统100中的组件/设备的状态来描述组件/设备的配置，以及维护其他类型的信息。微电网控制器106还可以包括接口，该接口包含与那些组件/设备连接和通信所需的机械、电气和信令电路。在一个实施例中，微电网控制器106可以基于可从savant?systems，llc公司商业上获得的微电网控制器来实现。

7、配电板桥控制器(pbc)108经由例如以太网的局域网(lan)110连接到微电网控制器106上。pbc?108被配置成根据例如蓝牙的无线消息传送协议将通过lan?110从微电网控制器106上接收的命令转换成通过无线lan(wlan)112提供给负载中心120的消息。通过lan110和wlan?112从微电网控制器106上接收的命令被配置成控制负载中心120的配用?？?00。如这里进一步描述的，配用?？?00监视(感测)着负载的电压和电流(功率)并且(经由蓝牙)无线地通信到pbc?108上，以使得能够从一个移动应用程序(例如，在用户的移动设备上执行的)上远程地控制配用?？?。

8、负载中心120可以包括一个或多个配电板，在正常工作期间，该配电板被提供有例如来自公用电网140的200amp(安培)的服务。在一个实施例中，负载中心120被配置成经由主电力馈线132和自动转换开关(ats)130(具有转换时间以切换到由本地电源供应的电力)通过电力馈线136从电网140上接收电力，并且经由封在配电板中的断路器122将电力(即，电流)分配到房屋的分支电路上。作为示例，通过包括与断路器122硬连线(例如，串联)以控制相应断路器的激活/停用的配用?？?00，配电板可被实施为一个vclp?125。配用?？?00和相关联的断路器122可位于负载中心120内单独的电气盒(例如，主配电板和配用?？榘?中。

9、在一个实施例中，ats130是一个具有基于微处理器的控制器的智能功率开关设备，该基于微处理器的控制器被配置成当来自公用电网140的电力下降(即，电力故障或变得不可用)时自动从公用电网140的主电力馈线132上断开并且连接到本地电源102的本地电力馈线134上。作为示例，ats130包括与微电网控制器通信的低电压控制器135，其配置成在没有来自公用电网140电力的情况下发起(触发)本地电源102的启动。当来自公用电网140的电力减弱(终止)时，微电网控制器经由控制器135向ats发信号以在转换时间期间(未示出)启动本地电源102。然后，通过本地电力馈线134、通过ats130并通过电力馈线136向负载中心120供电。

10、电网电压互感器(vt)142被配置成监测公用电网电压(例如，经由电压监测分支电路)以确定电压何时充分减弱了(例如，接近过零)，使得启用(激活)本地电源102是安全的。在一个实施例中，电网vt?142将公用线电压(例如240v)转换并隔离成适于数字采样的低电压。配电板vt?146是被配置成监控提供给负载中心120的电压的电压互感器。在一个实施例中，flm系统100还可以包括一个或多个电流互感器(ct)，其被配置成监测来自公用电网140的提供给负载中心120的电流。

11、智能能量监控器(sem)144被配置成监控(测量)来自互感器以及来自房屋中的其他负载(诸如空调)的电压和电流。作为示例，sem?144被实施为一种从vt/ct收集和采样电压/电流的模数(a-d)转换器。优选地，sem?144以高数据速率(例如1khz)对电压和电流进行采样，其执行针对例如功率因数、视在/实际功率等的操作(即计算)，以用于功率管理计算。根据本文所述的实施例，采样数据随后会通过控制和数据信号线148提供给微电网控制器106，以确定flm系统的功率容量水平。

12、图2是配用?？?00的一个框图。在一个实施例中，配用?？楣ぷ骱笠灾С掷缃油?和关断)一个或多个继电器，例如一个30a/240vac电路，或者作为示例，两个15a/120vac电路。功率测量数字信号处理器(dsp)202联接到具有带有板载无线(蓝牙)收发机的处理器的断路器控制器204上。功率测量dsp?202还联接到电压感测线206和电流感测线208上。如本文进一步描述的，断路器控制器204还包括存储器225(例如，ram和/或闪存)，其适于存储可由pbc?108配置的虚拟临界负载(vcl)位250。

13、一对继电器210分别联接在一对螺杆端子212和一对电流(例如，霍尔效应)传感器214之间。继电器210是?？?no)，以将电力传导到分支电路上，并且联接到该对螺杆端子212中的每一个上，用作到常规15a/120vac断路器(例如电弧故障断路器，其能够被手动致动)122的连接点?；蛘?，每个继电器210可被实施为一种致动的机械开关，以消除对常规断路器的需要，同时提供足够的安全性。一对螺杆端子216中的每一个可被用作到期望负载(未示出)的连接点。交流到直流电源218输出+12vdc和+3.3vac来为配用?？?00供电。作为当感测的电压和电流接近零时使用功率测量dsp?202来输出脉冲的一种替选，也可以使用过零检测器电路220来产生通过线路222联接到断路器控制器204上的方波输出信号。

14、在一个实施例中，功率测量dsp?202能够从其它值中，分别计算连接到螺杆端子216上的每个负载的瞬时功耗，以及在指定时段内的平均功耗和峰值功耗。功率测量dsp202还可被配置成在电流和电压接近零时通过线路205将脉冲输出到断路器控制器204上。通过知道何时出现电流和电压的过零，断路器控制器204可以确保继电器210仅在出现一个或多个过零的同时被切换(即，接通或断开)。这有利地减少了电弧放电并趋向于延长继电器210的使用寿命。

15、在工作中，配用?？?00被配置成根据vclp提供的负载的优先级排序来接通(和断开)负载以确?？捎杀镜氐缭?02(例如，微电网)支持的房屋中负载的适当电力量?；痪浠八?，配用?？?00被虚拟地连线(并且被命令)以基于优先级排序来接通和断开(激活/停用)。值得注意的是，vclp?125的配用?？榭梢杂捎没Ь稍谝贫璞?未示出)上执行的移动应用程序来进行配置。在由电工安装之后，可以调用移动应用程序来配置可由本地电源102支持的虚拟临界负载(vcl)的“桶”，直到达到可支持的负载的极限。为了改变(即，增加)到vcl桶的负载，用户需要从桶上去除其他负载。这使用户可以经由移动应用程序来改变临界负载，这是一种对将临界负载硬连线的先前临界负载配电板方法的改进，所述硬连线负载无法容易地加以改变。

16、然而，先前的配用?？?00的部署包括由不间断电源(ups)单元提供的备用电力，以在公用电网发生故障时对配用?？楣┑?。当失去电力时，可以通过立即切换到用于?？榈膗ps电源上来执行由配用?？榻械母涸厍卸系髡?。本发明消除了对ups单元的需要，从而通过在ats转换到由本地电源供应的电力上时(例如，在转换时间期间)允许负载调整的执行，这降低了成本，提高了可靠性，并且降低了ups供电控制器在主电力损失时消息通知/配置配用?？榈母丛有?从而避免了本地电源具有过载状况和主电力损失时的?；奔?。

17、本文描述的实施例针对的是使用过零检测的微电网切换技术，其在最终切换到副(本地)电源上时防止了过载，同时减少了切换期间的断电，从而可以避免了依赖单独的控制器来引导微电网或对ups的需要。每个配用?？?00都感测提供给负载的功率以识别过零。当检测到预配数量的连续缺失的过零时，警告配用?？橛星痹谥鞯缌λ鹗?例如来自公用电网140的不稳定电力)，并且因此在本地电源102(例如微电网)下工作之前就转变到用于负载调整的虚拟临界负载(vcl)模式上。即，被配置成控制到每个分支电路的电力的配用?？榈?断路器)控制器204单独地检测指示公用电力损失的多个缺失的过零，并且因此，转变到虚拟临界负载模式，其可以立即调整减少的电力以避免本地电源的过载。在检测到主电力损失后，配用?？榫捅慌渲贸删梢桓龌蚨喔鰒cl位250的状态来激活(或停用)负载，例如，当在本地电力下工作时，将每个负载配置成接通或断开状态。根据该技术，pbc?108在将所配置的vcl位发送到配用?？?00之前初始地配置(设置)vcl位250的状态。此后，vclp125可以由用户使用vcl位250来实时动态配置。有利的是，该技术的vcl位避免了需要pbc108指示(例如，经由消息交换)配用?？?00来响应于主电力损失而切换(接通/断开)负载，从而消除了消息交换所消耗的可能导致负载?；氖奔?例如，秒)。此外，出现多个缺失的过零的时间可以与从主电源供应的电力到由本地电源供应的电力的转换时间同时出现，使得?；奔浯蟠蠹跎倭?。

18、本地电源(在下文中微电网102)被配置成可以快速地检测越界频率或电压电平。在检测到越界电平时，发生切换事件(例如，类似于ats操作)，其中，功率将在例如70毫秒的转换时间内“变成直线”。该直线事件用作了发送到配用?？?00上的信号，其中，该?？榭梢曰诹笔У墓憷醇觳庵鞯缌λ鹗?。在一个实施例中，默认数量的连续缺失的过零可被配置为四(4)，尽管为了对各种ats130进行调整可预配任意数量的连续缺失的过零(例如，2-8个缺失的过零)。例如，在检测到4个连续缺失的过零之际，配用?？?00就可以转变到vcl模式上，并且基于与负载相关联的vcl位250的状态，在以本地电力下工作之前就激活(维持)或停用(切断)到每个负载的电力。作为响应，配用?？榈募痰缙?10被指示相应地断开/闭合它们相应的断路器122。当电力在70毫秒内恢复时，微电网102上没有过载。

19、本质上讲，转换时间代表了一个“更换”时段(例如70毫秒)，这是ats进行切换的典型时间。本文描述的技术确保了每个配用?？?00通电(有效)并且能够在更换时段期满之前执行其切换。注意，配用?？榘司梢桓龌蚨喔龅缛萜?未示出)在电力转换期间给断路器控制器204供电的足够的剩余能量，使得配用?？榭梢栽诟檬倍纹诩涔ぷ?。为此，配用?？?00执行其切换所需的时间包括了(1)检测电力损失(例如，4个连续缺失的过零)的时间和(2)指令继电器210开/关其断路器122的时间。在一个实施例中，4个连续缺失的过零消耗了60hz的2.0个周期，其中，(i)每个过零是半周期，(ii)1个周期是16毫秒，并且(iii)每个过零是8毫秒。因此，检测电力损失的时间是32毫秒，并且指令继电器的时间一定会至多花费70毫秒-32毫秒＝38毫秒。

20、如果切换超过了70毫秒，那么，配用?？?00就会失去电力(即，电容器中的电力使电压下降到足够的电平以下)，并且它们的继电器/电路会自动断开。此后，在重新引导/重置期间，配用?？榛峒觳樗堑膙cl位，并且获知它们各自加载的状态。值得注意的是，配用?？?00“引导”，假定它们处于临界(功率)模式；然后，pbc?108通知?？樗呛问庇Φ辈扇≌ＤＪ?即，类似于安装期间的初始配置模式)下的操作，因为pbc已经接到了关于主公用电网电力的信息(例如，经由电网vt信令)。例如，如果负载被使能处于vclp?125中，那么，配用?？?00就假设负载应当为接通。如果负载的正常状态是断开，那么，pbc?108此后将指令?？楣囟细涸?。注意，处于接通状态有两个方面的意思：(i)负载被列在vclp?125中，以及(ii)用户已经经由vcl位将负载转为接通。

21、当处于临界模式时，负载仅在其具有相关联的vcl位250时才会被接通。在一个实施例中，如果需要，用户可以打开vcl位以从移动应用程序上激活负载。根据该技术，vcl位250被用于屏蔽在正常工作期间接通的负载，以基本上排除掉了用户在本地电力下工作时不想接通的那些负载。作为示例，vcl位250可用于屏蔽负载的接通/断开状态。

22、总之，如果超过了电池功率，那么，配用?？?00就“自己确定”快速地转变(进入)到临界模式以避免使本地电源(例如，电池/发电机)中的断路器跳闸。通过快速地进入临界模式，配用?？榭梢钥焖俚厍卸隙钔飧涸匾员苊馐贡镜氐缭?02过载。值得注意的是，配用?？榈搅俳缒Ｊ降淖溆Φ痹谇谢坏奖镜氐缭粗熬头⑸?。为此，配用?？楸慌渲贸稍谇谢坏奖镜氐缭粗熬颓卸隙钔飧涸?。

23、前面的描述针对的是本发明的特定实施例。然而，显而易见的是，可以对所描述的实施例进行其他变化和修改，而获得它们的一些或全部优点。例如，可以明确地想到，本发明的教导可以以软件来实现，包括具有在计算机上执行的程序指令的计算机可读介质、硬件、固件或其组合。因此，本说明书仅被当作示例，而不是限制本发明的范围。因此，所附权利要求的目的是覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这些变化和修改。