計算多點傳感器網(wǎng)絡中的rms電流和實際功率的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】根據(jù)一個方面，本發(fā)明的實施例提供一種用于監(jiān)測耦合到輸入線的多個電路支路的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括通信總線；多個傳感器電路，每個傳感器電路被配置成耦合到通信總線和多個電路支路中的至少一個，其中每個傳感器電路還被配置成對多個電路支路中的至少一個中的電流進行采樣；控制器，其被配置成耦合到通信總線和輸入線，其中控制器還被配置成對輸入線上的電壓進行采樣，并且其中控制器還被配置成經(jīng)由通信總線使由多個傳感器電路執(zhí)行的電流采樣與由控制器執(zhí)行的電壓采樣同步。
【專利說明】計算多點傳感器網(wǎng)絡中的RMS電流和實際功率的系統(tǒng)和方法
[0001]發(fā)明背景發(fā)明領域
[0002]根據(jù)本發(fā)明的至少一個實例一般地涉及用于監(jiān)測負載中心的電流、功率和能量的系統(tǒng)和方法。
[0003]相關技術的討論
[0004]負載中心或配電盤是供電系統(tǒng)的組件，其將來自電力線的電力供給分配到不同的輔助電路支路。每個輔助電路支路可被連接到不同的負載。因此，通過將電力供給分配到輔助電路支路，負載中心可以允許用戶單獨地控制和監(jiān)測每個負載的電流、功率和能量使用。
[0005]電流傳感器通常用于監(jiān)測負載中心的活動。例如，電流互感器(CT)通常用于監(jiān)測負載中心的輔助或主要支路中的電流、功率和/或能量消耗。CT可用于通過產(chǎn)生減小的電流信號來測量支路中的電流，該減小的電流信號與支路中的電流成比例，可對其進行進一步處理和測量。例如，耦合到負載中心的支路的CT可以產(chǎn)生減小的交流(AC)信號，該交流信號與支路中的AC電流的大小成比例。然后，可以或者直接測量減小的交流(AC)信號，或者將其轉換成DC信號，再對其進行測量。基于接收到的信號，可以確定輔助支路中的電流的電平。
[0006]發(fā)明概述
[0007]根據(jù)本發(fā)明的各方面涉及用于監(jiān)測負載中心的系統(tǒng)和方法。
[0008]在一個方面中，本發(fā)明的特征在于電流監(jiān)測裝置，其包括被配置成可拆卸地耦合到電力線并產(chǎn)生具有與電力線的電流電平相關的電平的參考信號的電流互感器，被連接到電流互感器且被配置成可拆卸地耦合到通信總線并將參考信號轉換成數(shù)字參考信號以及向通信總線提供指示電流電平的信號的傳感器電路，以及容納傳感器電路和電流互感器的殼體。在一個實施例中，傳感器電路被配置成從通信總線接收電力。
[0009]根據(jù)一個實施例，殼體包括容納電流互感器的第一部分和容納傳感器電路的第二部分，并且其中第一部分可旋轉地耦合到第二部分。在一個實施例中，殼體的第二部分包括被配置成將傳感器電路耦合到通信總線的絕緣位移連接器。在另一個實施例中，殼體的第二部分還包括被配置成將通信總線鎖定在與絕緣位移連接器相鄰的位置中的蓋。
[0010]根據(jù)一個實施例，殼體被配置成在第一位置和第二位置之間旋轉，其中，在第一位置中，殼體的第一部分遠離第二部分旋轉以允許外部訪問內部腔室，并且其中，在第二位置中，殼體的第一部分朝向第二部分旋轉，使得殼體包圍內部腔室。
[0011]根據(jù)另一個實施例，傳感器電路還包括耦合到微控制器并被配置成接收數(shù)字參考信號以及將與數(shù)字參考信號相關的數(shù)據(jù)提供給通信總線的收發(fā)器。在一個實施例中，收發(fā)器還被配置成從通信總線接收指示電力線的電壓、頻率和相位信息中的至少一個的數(shù)據(jù)。在另一個實施例中，微控制器被配置成使用數(shù)字參考信號和來自通信總線的數(shù)據(jù)計算電力線的功率參數(shù)。[0012]在另一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測負載中心內的電力線的方法，該方法包括將電流互感器耦合到負載中心內的電力線，將傳感器電路耦合到負載中心內的通信總線，利用電流互感器產(chǎn)生具有與電力線的電流電平相關的電平的參考信號，利用傳感器電路將參考信號轉換成數(shù)字參考信號，以及將數(shù)字參考信號提供給通信總線。
[0013]根據(jù)一個實施例，將電流互感器耦合到電力線的動作包括將電力線包圍在電流互感器內。在另一個實施例中，將傳感器電路耦合到通信總線的動作包括利用傳感器電路的至少一個觸點刺穿通信總線的外絕緣層以及將至少一個觸點連接到通信總線內的適當導體。
[0014]根據(jù)另一個實施例，所述方法還包括通過通信總線將唯一的地址分配給傳感器電路。在一個實施例中，所述提供的動作包括在外部控制器指定的時間處將數(shù)字參考信號提供給通信總線。在另一個實施例中，所述方法還包括利用傳感器電路從通信總線接收電力。
[0015]在一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測電力線中的電流的設備，該設備包括被配置成產(chǎn)生具有與電力線的電流電平相關的電平的參考信號的電流互感器，被配置成將參考信號轉換成數(shù)字參考信號并將與數(shù)字參考信號相關的數(shù)據(jù)提供給通信總線的傳感器電路，以及用于將電流互感器和傳感器電路容納在單個殼體中并將單個殼體耦合到電力線和通信總線的裝置。
[0016]根據(jù)一個實施例，傳感器電路被配置成從通信總線接收電力。在另一個實施例中，傳感器電路包括耦合到微控制器并被配置成接收數(shù)字參考信號以及將與數(shù)字參考信號相關的數(shù)據(jù)提供給通信總線的收發(fā)器。
[0017]根據(jù)另一個實施例，收發(fā)器還被配置成從通信總線接收指示電力線的電壓、頻率和相位信息中的至少一個的數(shù)據(jù)。在一個實施例中，微控制器被配置成使用數(shù)字參考信號和來自通信總線的數(shù)據(jù)計算電力線的功率參數(shù)。
[0018]在一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測耦合到輸入線的多個電路支路的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:通信總線；多個傳感器電路，每個傳感器電路被配置成耦合到通信總線和多個電路支路中的至少一個，其中每個傳感器電路還被配置成對多個電路支路中的至少一個中的電流進行采樣；控制器，其被配置成耦合到通信總線和輸入線，其中控制器還被配置成對輸入線上的電壓進行采樣，并且其中控制器還被配置成經(jīng)由通信總線使由多個傳感器電路執(zhí)行的電流采樣與由控制器執(zhí)行的電壓采樣同步。
[0019]根據(jù)一個實施例，控制器還被配置成經(jīng)由通信總線從多個傳感器電路中的至少一個接收電流采樣數(shù)據(jù)。在另一個實施例中，控制器還被配置成基于從多個傳感器電路中的至少一個接收到的電流采樣數(shù)據(jù)以及電壓采樣數(shù)據(jù)計算多個電路支路中的至少一個的RMS電流、功率或能量使用中的至少一個。在一個實施例中，控制器還被配置成確定在電流采樣和電壓采樣應該發(fā)生時的電壓波形的相位角。
[0020]根據(jù)另一個實施例，多個傳感器電路中的至少一個包括被耦合到多個電路支路中的至少一個的電流互感器。
[0021]在另一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測耦合到電力線的多個電路支路的方法，該方法包括將傳感器電路耦合到多個電路支路的每一個并耦合到通信總線，將控制器耦合到通信總線并耦合到電力線，利用傳感器電路中的至少一個對多個電路支路中的至少一個中的電流進行采樣，利用控制器對電力線上的電壓進行采樣，以及利用控制器經(jīng)由通信總線使由傳感器電路中的至少一個執(zhí)行的電流的采樣和由控制器執(zhí)行的電壓的采樣同步。
[0022]根據(jù)一個實施例，同步的動作包括通過控制器檢測電力線上的電壓波形，以及利用控制器確定對電流進行采樣和對電壓進行采樣的動作應該發(fā)生時的電壓波形的相位角。在一個實施例中，同步的動作還包括利用控制器經(jīng)由通信總線向傳感器電路的每一個廣播對電流進行采樣的動作應該開始，以及在廣播的動作后的預定延遲之后啟動對電壓進行采樣的動作。在另一個實施例中，同步的動作還包括利用控制器經(jīng)由通信總線向傳感器電路中的至少一個廣播對電流進行采樣的動作應該開始，以及在廣播的動作后的預定延遲之后啟動對電壓進行采樣的動作。
[0023]根據(jù)另一個實施例，所述方法還包括利用控制器經(jīng)由通信總線從傳感器電路中的至少一個接收電流采樣數(shù)據(jù)。在一個實施例中，所述方法還包括將電流采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠靠蛻舳?。在另一個實施例中，所述方法還包括基于從傳感器電路中的至少一個接收到的電流采樣數(shù)據(jù)以及電壓采樣數(shù)據(jù)利用控制器計算多個電路支路中的至少一個的RMS電流、電壓或能量使用中的至少一個。
[0024]根據(jù)一個實施例，所述方法還包括將RMS電流、電壓或能量使用中的至少一個傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕Ｔ谝粋€實施例中，傳輸?shù)膭幼靼▽MS電流、電壓或能量使用中的至少一個無線地傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕Ｔ诹硪粋€實施例中，所述方法還包括利用控制器經(jīng)由通信總線將唯一的地址分配給傳感器電路中的每一個。
[0025]根據(jù)另一個實施例，所述方法還包括利用控制器響應于接收電流采樣數(shù)據(jù)的動作確認電流采樣數(shù)據(jù)被成功地接收，以及利用傳感器電路中的至少一個、響應于確認的動作，進入節(jié)電模式。在一個實施例中，進入節(jié)電模式的動作包括啟動睡眠定時器，其中傳感器電路中的至少一個保持在節(jié)電模式直到睡眠定時器期滿。
[0026]在一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測耦合到輸入線的多個電路支路的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:通信總線；多個傳感器電路，每個傳感器電路被配置成耦合到通信總線和多個電路支路中的至少一個，其中每個傳感器電路還被配置成對多個電路支路中的至少一個中的電流進行采樣；控制器，其被配置成耦合到通信總線和輸入線；用于使由多個傳感器電路中的至少一個執(zhí)行的電流采樣與由控制器執(zhí)行的電壓采樣同步的裝置。
[0027]根據(jù)一個實施例，控制器還被配置成經(jīng)由通信總線從多個傳感器電路中的至少一個接收電流采樣數(shù)據(jù)。在一個實施例中，控制器還被配置成基于從多個傳感器電路中的至少一個接收到的電流采樣數(shù)據(jù)以及電壓采樣數(shù)據(jù)計算多個電路支路中的至少一個的RMS電流、功率或能量使用中的至少一個。
[0028]在另一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測耦合到負載中心內的輸入線的多個電路支路的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個電流傳感器，每個電流傳感器被配置成耦合到多個電路支路中的至少一個并產(chǎn)生具有與多個電路支路中的一個的電流電平相關的電平的信號；通信總線；多個傳感器電路，每個傳感器電路被耦合到多個電流傳感器中的相關聯(lián)的一個并被配置成耦合到通信總線，其中多個傳感器電路的每一個被配置成將來自多個電流傳感器中的相關聯(lián)的一個的信號轉換為數(shù)字測量信號并將數(shù)字測量信號提供給通信總線；以及控制器，其被配置成耦合到通信總線并被配置成通過通信總線從每個傳感器電路接收數(shù)字測量信號以及將與數(shù)字測量信號相關的數(shù)據(jù)從每個傳感器電路傳輸?shù)酵獠靠蛻舳?。[0029]根據(jù)一個實施例,控制器還被配置成位于負載中心內。在另一個實施例中，系統(tǒng)還包括耦合到控制器的無線電裝置，其中，無線電裝置被配置成將與數(shù)字測量信號相關的數(shù)據(jù)從每個傳感器電路傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> [0030]根據(jù)另一個實施例，多個傳感器電路的每一個被配置成可拆卸地耦合到通信總線。在一個實施例中，多個電流傳感器的每一個被配置成可拆卸地耦合到的多個電路支路中的一個。在另一個實施例中，多個傳感器電路的每一個包括輔助微控制器，該輔助微控制器被耦合到多個電流傳感器中的相關聯(lián)的一個并且被配置成將來自多個電流傳感器中的相關聯(lián)的一個的模擬參考信號轉換成數(shù)字測量信號并將數(shù)字測量信號提供給通信總線。
[0031]根據(jù)一個實施例，控制器包括主要微控制器，該主要微控制器被配置成從多個傳感器電路的每一個接收數(shù)字測量信號并將與來自多個傳感器電路的每一個的數(shù)字測量信號相關的數(shù)據(jù)提供給外部客戶端。在一個實施例中，控制器還包括耦合到多個電路支路中的至少一個的電力模塊，其中主要微控制器還被配置成測量多個電路支路中的至少一個的電壓、相位和頻率中的至少一個并經(jīng)由通信總線將與電壓、相位和頻率中的至少一個相關的數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉鄠€傳感器電路中的至少一個。
[0032]根據(jù)另一個實施例，主要微控制器被配置成將唯一的地址分配給多個傳感器電路的每一個并控制通信總線上的通信。在一個實施例中，主要微控制器還被配置成基于來自至少一個傳感器電路的數(shù)字測量信號和所測量的多個電路支路中的至少一個的電壓、相位和頻率中的至少一個計算多個電路支路中的至少一個的功率和能量參數(shù)。
[0033]根據(jù)一個實施例，至少一個輔助微控制器被配置成接收與來自主要微控制器的電壓、相位和頻率中的至少一個相關的數(shù)據(jù)并基于數(shù)字測量信號和與電壓、相位和頻率中的至少一個相關的接收到的數(shù)據(jù)計算多個電路支路中的一個的功率和能量參數(shù)。
[0034]在一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測耦合到負載中心內的電力線的多個電路支路的方法，該方法包括:將電流互感器耦合到多個電路支路的每一個，將多個傳感器電路耦合到通信總線，其中傳感器電路的每一個被耦合到電流互感器中的一個，將集中器耦合到通信總線，在每個電流互感器中產(chǎn)生具有與多個電路支路中的一個的電流電平相關的電平的參考信號，利用多個傳感器電路的每一個將來自相應的電流互感器的參考信號轉換成數(shù)字測量信號并將數(shù)字測量信號提供給通信總線，利用集中器通過通信總線從每個傳感器電路接收數(shù)字測量信號，以及將與來自每個傳感器電路的數(shù)字測量信號相關的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> [0035]根據(jù)一個實施例，所述方法還包括管理通過通信總線與集中器的通信。在一個實施例中，管理的動作包括利用集中器將唯一的地址分配給多個傳感器電路的每一個。在另一個實施例中，傳輸?shù)膭幼靼▽⑴c來自每個傳感器電路的數(shù)字測量信號相關的數(shù)據(jù)無線地傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> [0036]根據(jù)另一個實施例，所述方法還包括利用集中器測量提供給多個電路支路的電力的電壓、相位和頻率中的至少一個，以及將與電壓、相位和頻率中的至少一個相關的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信總線傳輸?shù)蕉鄠€傳感器電路。
[0037]根據(jù)一個實施例，所述方法還包括基于與電壓、相位和頻率中的至少一個相關的接收到的數(shù)據(jù)利用多個傳感器電路計算多個電路支路的功率和能量參數(shù)，經(jīng)由通信總線將與功率和能量參數(shù)相關的數(shù)據(jù)提供給集中器，以及將與功率和能量參數(shù)相關的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> [0038]在另一個方面中，本發(fā)明的特征在于一種用于監(jiān)測耦合到負載中心內的輸入線的多個電路支路的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個電流互感器，每個電流互感器被配置成耦合到多個電路支路中的一個并生成具有與多個電路支路中的一個的電流電平相關的電平的信號；多個傳感器電路，每個傳感器電路被耦合到多個電流互感器的相關聯(lián)的一個，并被配置成將來自多個電流互感器的相關聯(lián)的一個的信號轉換成數(shù)字測量信號；集中器，其被配置成接收數(shù)字測量信號并將與數(shù)字測量信號相關的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠靠蛻舳?；以及用于?jīng)由總線將來自多個傳感器電路的數(shù)字測量信號提供給集中器的裝置。
[0039]根據(jù)一個實施例，集中器還被配置成位于負載中心內。根據(jù)另一個實施例，所述系統(tǒng)還包括耦合到集中器的無線電裝置，其中無線電裝置被配置成將與數(shù)字測量信號相關的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> [0040]附圖的簡要說明
[0041]附圖沒有按比例來繪制。在附圖中，在各圖中示出的每個相同的或近似相同的組件由相似的數(shù)字表示。為了清楚起見，未對每幅圖中的每個組件進行標注。在附圖中:
[0042]圖1是根據(jù)本發(fā)明的各方面的負載中心的電路圖；
[0043]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的各方面在被耦合到電路支路之前的智能CT的示意圖；
[0044]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的各方面在被耦合到電路支路之后的智能CT的示意圖；
[0045]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的各方面在被耦合到通信總線之前的智能CT的示意圖；
[0046]圖3B是根據(jù)本發(fā)明的各方面在被耦合到通信總線之后的智能CT的示意圖；
[0047]圖3C是根據(jù)本發(fā)明的各方面與通信總線鎖定在一起的智能CT的示意圖；
[0048]圖4是根據(jù)本發(fā)明的各方面被耦合到菊花鏈總線的智能CT的電路圖；
[0049]圖5是根據(jù)本發(fā)明的各方面的集中器的方框圖；以及
[0050]圖6是根據(jù)本發(fā)明的各方面的CT集中器的操作方法的流程圖。
[0051]詳細說明
[0052]本發(fā)明的實施例不限于在以下的說明中所闡述的或在附圖中所示的組件的結構和布置的細節(jié)。本發(fā)明的實施例能夠被以各種方式實踐或進行。此外，本文所用的措辭和術語是用于說明的目的且不應該被認為是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”以及它們的變型的使用是指包括此后列出的各項及其等同物以及附加項。
[0053]如上所討論的，CT可以被用于與供電系統(tǒng)的負載中心一起監(jiān)測電路支路并幫助提供高效能量管理。例如，CT可以被耦合到負載中心的內部或外部的電路支路。然而，CT的多個挑戰(zhàn)可能隨著供電系統(tǒng)的大小和復雜性的增加而出現(xiàn)。
[0054]現(xiàn)有的方法和系統(tǒng)通常依賴于單個的CT的系統(tǒng)，每個CT被連接到“中心輻射型”拓撲中的主控制器和測量單元。在這樣的系統(tǒng)中，每個CT需要將其連接到主控制器和其測量單元的專用電纜，從而使得電纜或導線的數(shù)量隨著傳感器的數(shù)量而線性增加。此外，一些管轄范圍對配電盤內可用的“空白空間”(即，配電盤內沒有導線和其它電子設備內的空間)的數(shù)量具有管理要求。因此，隨著CT的數(shù)量增加，配電盤內的電纜和電路的數(shù)量可能會變得難以管理且違反管理要求。
[0055]在一些情況下，甚至可能難以將所有所需的CT和相應的電路物理地放置在負載中心內，并且由于這樣的負載中心的復雜性，安裝、擴展和維護可能是昂貴的、困難的且甚至是危險的。
[0056]本文所述的至少一些實施例克服了這些問題并提供了一種用于利用CT監(jiān)測負載中心的電路支路的相對小、不那么復雜且更易管理的方法和系統(tǒng)。
[0057]圖1不出了負載中心100,該負載中心100包括一種用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例監(jiān)測負載中心100的輔助電路支路102的系統(tǒng)。負載中心100包括殼體101。在殼體101內，負載中心100包括第一輸入電力線104、第二輸入電力線106、多個電路支路102、中性線108以及接地連接110。第一輸入電力線104和第二輸入電力線106每個被配置成耦合到外部電源(例如，公用電力系統(tǒng))(未示出)。多個電路支路102的每一個被配置成耦合在輸入電力線104、106和外部負載112 (例如，電器、電源插座、電燈等)之間。根據(jù)一個實施例，輸入電力線104、106的每一個包括耦合在輸入電力線104、106和電路支路102之間的電路斷路器113。根據(jù)另一個實施例，多個電路支路102的每一個包括耦合在輸入電力線104、106和外部負載112之間的電路斷路器115。在一個實施例中，電路斷路器113、115的每一個的額定電流可以在與電路支路102相關聯(lián)的電路斷路器113、115所耦合到的外部負載112所需的功率的基礎上加以配置。中性線108被耦合到接地連接110。根據(jù)一個實施例，中性線經(jīng)由中性母線116被耦合到接地連接110。根據(jù)另一個實施例，接地連接110經(jīng)由接地母線118被耦合到中性線108。
[0058]在殼體101中，負載中心100還包括多個電流互感器(CT) 114、多個智能傳感器電路120、通信總線122和CT集中器124。根據(jù)一個實施例，通信總線122包括多根導線。例如，在一個實施例中，通信總線122是包括4根導線(電力線、返回線、D+差分對線、D-差分對線)的帶狀電纜；然而，在其它實施例中，通信總線122可包括任意數(shù)量和類型的導線。多個CT114的每一個被耦合到多個電路支路102中的至少一個。根據(jù)一個實施例，CT114也可以被耦合到每條輸入線104、106。根據(jù)一個實施例，每個CT114包圍相應的電路支路102或輸入線104、106。多個CT的每一個還被耦合到相應的智能傳感器電路120。每個智能傳感器電路120被耦合到通信總線122。
[0059]根據(jù)一個實施例，每個智能傳感器電路120被連接到通信總線122，從而使得每個智能傳感器電路120與CT集中器124進行電通信。在一個實施例中，每個智能傳感器電路120被夾到通信總線122上。例如，在一個實施例中，智能傳感器電路120的電觸點(未示出)被壓到通信總線122上，從而使得電觸點刺穿通信總線122的絕緣層并被電耦合到通信總線122內的適當導體。在其它實施例中，智能傳感器電路120可以被不同地耦合到通信總線122。例如，根據(jù)一個實施例，智能傳感器電路120可經(jīng)由母線或菊花鏈式連接器(未示出)被耦合到通信總線122。
[0060]下面更詳細地討論智能傳感器電路120到通信總線122的連接。
[0061]根據(jù)一個實施例，CT集中器124包括數(shù)字接口 125、至少一個模擬接口 127、電力模塊126和ZigbeeRF接口 128。通信總線122被耦合到數(shù)字接口 125。電力模塊126經(jīng)由至少一個支路電路102被耦合到至少一個輸入電力線104、106。根據(jù)一個實施例(未示出)，至少一個CTl 14被直接地耦合到至少一個模擬接口 127。
[0062]根據(jù)一個實施例，將AC電力從外部源(例如，公用電力系統(tǒng))提供到輸入線104、106。來自輸入線104、106的AC電力經(jīng)由電路支路102被提供到外部負載112的每一個。如果在輸入線104、106中檢測到過載或短路，電路斷路器113被配置成自動地打開并阻止輸入線104、106中的電流。如果在電路支路102中檢測到過載或短路，電路斷路器115被配置成自動地打開并阻止電路支路102中的電流。
[0063]CT集中器124的電力模塊126從至少一條輸入線104、106接收AC電力。使用AC電力，電力模塊126向CT集中器124供電。此外，CT集中器124測量AC電力的AC電壓、頻率和/或相位。根據(jù)一個實施例，CT集中器124被配置成經(jīng)由通信總線122將所測量的AC電壓、頻率和/或相位信息傳送到智能傳感器電路120。例如，在一個實施例中，CT集中器124將AC電力的相位信息傳輸?shù)街悄軅鞲衅麟娐?20，從而使得CT集中器124可以與智能傳感器電路120同步。下文將更詳細地討論CT集中器124與智能傳感器電路120的同步。根據(jù)一個實施例，CT集中器還能由電池供電。
[0064]通過電路支路102或輸入線104、106的AC電流在其相關聯(lián)的CTl 14中感應出成比例的AC電流，相關聯(lián)的CT114包圍電路支路102或輸入線104、106。根據(jù)一個實施例，在CTl 14可被耦合到多個電路支路102處，在包圍多個電路支路的CTl 14中感應出與多個電路支路中的組合的電流成比例的AC電流。
[0065]耦合到CTl 14的智能傳感器電路120將來自CTl 14的成比例的AC電流轉換成數(shù)字值，且然后通過通信總線122將數(shù)字值傳輸?shù)紺T集中器124。另外，智能傳感器電路120可被配置成通過通信總線122利用從CT集中器124接收到的電壓、頻率和/或相位信息。例如，在一個實施例中，智能傳感器電路120利用從CT集中器124接收到的相位信息與CT集中器124進行同步操作，從而使得由智能傳感器電路120執(zhí)行的電流測量可以與CT集中器124進行的電壓測量同步。在另一個實例中，智能傳感器電路120利用電壓、頻率和/或相位信息計算功率和能量參數(shù)，如電路支路102或輸入線104、106的RMS電流、實際功率和視在功率以及功率因數(shù)。此信息還被轉換成數(shù)字值并通過通信總線122被發(fā)送到CT集中器124的數(shù)字接口 125。根據(jù)一個實施例，至少一個CTl 14還可以直接向CT集中器124的模擬接口 127提供與通過電路支路102的AC電流成比例的模擬信號。
[0066]根據(jù)一個實施例，當從智能傳感器電路120接收電流信息時，CT集中器124利用所測量的電壓、頻率和/或相位信息計算功率和能量參數(shù)，如電路支路102或輸入線104、106的RMS電流、實際功率和視在功率以及功率因數(shù)。
[0067]根據(jù)一個實施例，當接收電流信息以及接收和/或計算功率信息時，CT集中器124經(jīng)由無線ZigbeeRF接口 128將電流、功率和能量信息傳輸?shù)酵獠靠蛻舳?例如，web服務器、家用顯示器、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關等)，以幫助負載中心100的電力管理并幫助包含所述系統(tǒng)的住所或其它設施的電力管理和控制。CT集中器124還可以經(jīng)由有線連接或不同類型的無線連接將電流、功率和能量信息傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> [0068]通過包括所有智能傳感器電路120所耦合到的單個通信總線122，提供了一種用于利用多個CT114監(jiān)測負載中心100的電路支路102的相對小的、不那么復雜的且更易管理的方法和系統(tǒng)。
[0069]圖2A和2B示出了將CTl 14耦合到電路支路102的過程的一個實施例。根據(jù)一個實施例，殼體205包括CTl 14和封裝在其內的智能傳感器電路120。在一個實施例中，殼體205的第一部分214包括CT114以及第二部分216包括智能傳感器電路120。圖2A示出了在被耦合到電路支路102之前的第一部分214以及圖2B示出了在被耦合到電路支路102之后的第一部分214。[0070]第一部分214經(jīng)由鉸鏈206被耦合到第二部分216。第二部分216包括耦合到桿204的按鈕202。在第一部分214被耦合到電路支路102之前，桿114在向上的位置，允許第一部分214遠離第二部分216擺動并產(chǎn)生開口 208，通過該開口 208電路支路102可被插入。當需要連接到電路支路102時，用戶可配置第一部分214，從而使得電路支路102通過開口 208被插入到內部腔室209中。然后，用戶可以向下按壓按鈕202，使得桿204沿向下的方向運行。桿204壓靠第一部分214的外側部分210，使得第一部分214朝向第二部分216擺動并捕獲第一部分214的內部腔室209內的電路支路102。根據(jù)其它實施例，第一部分214可以被不同地連接到電路支路102。例如，第一部分214可以被手動地放置在電路支路102周圍。如上所討論的，在電路支路102被第一部分214 (并因此也為CT114)包圍之后，在電路支路102中的AC電流將在CT114內產(chǎn)生成比例的AC電流。
[0071]圖3A、3B和3C示出了將第二部分216耦合到通信總線122的過程。圖3A示出了在被連接到通信總線122之前的第二部分216。圖3B示出了在被連接到通信總線122之后的第二部分216。圖3C示出了與通信總線122鎖定在一起的第二部分216。根據(jù)一個實施例，第二部分216包括絕緣位移連接器(IDC) 302 (例如，AVX系列9176IDC)。根據(jù)一個實施例，IDC302可包括多個葉片304。例如，如果，如上所討論的，第二部分216 (并因此為智能傳感器電路120)被配置成耦合到四線帶狀電纜，IDC302將包括四個葉片，每個葉片被配置成耦合到電纜內的相應的導體。然而，根據(jù)其它實施例，IDC302可包括任意數(shù)量的葉片以充分地將智能傳感器電路120連接到通信總線122。
[0072]第二部分216還可以包括經(jīng)由鉸鏈308耦合到第二部分216的鎖定蓋306。在被耦合到通信總線122之前，第二部分216的鎖定蓋306擺動遠離IDC302，允許用戶將通信總線122靠近IDC302放置。用戶向下按壓通信總線122，使得通信總線122壓靠IDC302。IDS302的多個葉片304刺穿通信總線122的外絕緣層310，多個葉片304的每一個與通信總線122內的相應的導體連接。然后，用戶可以朝向IDC302擺動鎖定蓋并向下按壓鎖定蓋以將通信總線122鎖定在位置中。根據(jù)其它實施例，第二部分216(并因此為智能傳感電路120)可能以不同的方式被耦合到通信總線122。例如，智能傳感器電路也可經(jīng)由母線被耦合到通信總線122。當被耦合到通信總線122時，智能傳感器電路120與CT集中器124進行電通信。
[0073]圖4是多個CT114以及耦合到通信總線122的智能傳感器電路120的電路圖。如上所討論的，每個CTl 14被耦合到電路支路102或輸入線104、106。例如，在一個實施例中，每個CT114被配置成包圍電路支路102或輸入線104、106，如關于圖2A和圖2B所討論的。每個智能傳感器電路120如上所討論的被耦合到通信總線122。根據(jù)一個實施例，通信總線122可以是包括電力線122d、D-差分對線122c、D+差分對線122b和返回(接地)線122a的四線帶狀電纜。在一個實施例中，通信總線122是RS-485總線；然而，根據(jù)其它實施例，可以使用不同類型的總線。
[0074]每個智能傳感器電路120包括微控制器402。在一個實施例中，微控制器402是低功率微控制器(例如，STM8低功率微控制器)。根據(jù)一個實施例，微控制器402包括模擬接口 404、參考接口 406、電力接口 408、返回接口 410、傳輸接口 412和接收接口 414。根據(jù)一個實施例，電力接口 408被耦合到電力線122d且返回接口 410被耦合到返回線122a。以這種方式，每個智能傳感器電路120由通信總線122供電。根據(jù)另一個實施例，每個CT114被并聯(lián)耦合在模擬接口 404和參考接口 406之間。在一個實施例中，每個智能傳感器電路120還包括并聯(lián)耦合在模擬接口 404和參考接口 406之間的負載電阻415。
[0075]每個智能傳感器電路120還包括收發(fā)器403 (例如，RS-485收發(fā)器)。根據(jù)一個實施例，收發(fā)器403包括耦合在傳輸接口 412和通信總線122之間的第一二極管416，以及耦合在接收接口 414和通信總線122之間的第二二極管418。另外，在一個實施例中，收發(fā)器403被并聯(lián)耦合在電力線122d和返回線122a之間。
[0076]如先前所討論的，CTl 14與之相耦合的電路支路102或輸入線104、106中的AC電流416將在CTl 14中產(chǎn)生成比例的AC電流418。負載電阻415將成比例的AC電流418轉換成成比例的AC電壓。經(jīng)由模擬接口 404，微控制器402接收成比例的AC電壓并將成比例的AC電壓轉換成數(shù)字值。然后，微控制器402經(jīng)由傳輸接口 412和收發(fā)器403向傳輸線122b提供數(shù)字值，并通過通信總線122將數(shù)字值傳輸?shù)紺T集中器124。此外，微控制器402被配置成經(jīng)由接收線122c、收發(fā)器403和接收接口 414從CT集中器124接收電壓、頻率和/或相位信息。如上所討論的，微控制器402可以使用從CT集中器124接收到的附加的電壓、頻率和/或相位信息連同接收到的成比例的AC電流418計算電路支路102或輸入線104、106的功率和能量參數(shù)，如RMS電流、實際功率和視在功率以及功率因數(shù)。此信息也可以被轉換成數(shù)字值并經(jīng)由傳輸接口 412、收發(fā)器403和傳輸線122b被傳輸?shù)紺T集中器124。在一個實施例中，微控制器402也可以使用從CT集中器124接收到的相位信息使智能傳感器電路120中的電流測量與CT集中器124中的電壓測量同步。
[0077]圖5是CT集中器124的方框圖。如上所討論的，CT集中器124具有耦合到通信總線122的數(shù)字接口 125。通信總線被耦合到多個智能傳感器電路120和多個CT114。
[0078]根據(jù)一個實施例，CT集中器124包括電力模塊126。在一個實施例中，電力模塊126包括被配置成耦合到單相電源的單相電力接口 502。在另一個實施例中，電力模塊126包括被配置成耦合到三相電源的三相電力接口 504。例如，三相電力接口 504可以被配置成從三相A形或Y形電力連接接收電力。應當意識到的是，耦合到單相接口 502或三相接口 504的電源與耦合到輸入線104、106的電源相同并且如關于圖1所述。因此，由電力模塊126接收到的電力與提供給電路支路102的電力實質上相同。
[0079]根據(jù)一個實施例，電力模塊126還包括DC接口 506、傳感器接口 508和額外的引腳接口 510。根據(jù)一個實施例，額外的引腳接口 510包括四個額外的引腳(例如，傳輸引腳、接收引腳、電力模塊型引腳和輔助電力引腳)。然而，在其它實施例中，額外的引腳接口 510可包括任何數(shù)量和類型的引腳。根據(jù)另一個實施例，CT集中器124還可以包括具有DC接口514的電池組512。在一個實施例中，電力模塊126和/或電池組512是模塊化的并且可以從CT集中器124拆除。
[0080]根據(jù)一個實施例，CT集中器124包括被配置成耦合到電池組512的DC接口 514的第一 DC接口 516，被配置成耦合到電力模塊126的DC接口 506的第二 DC接口 518，被配置成耦合到電力模塊126的傳感器接口 508的傳感器接口 520，以及被配置成耦合到電力模塊126的額外的引腳接口 510的額外的引腳接口 522。額外的引腳接口 522包括四個額外的引腳(例如，傳輸引腳、接收引腳、電力模塊型引腳和輔助電力引腳)。然而，在其它實施例中，額外的引腳接口 522可以包括任何數(shù)量和類型的引腳。
[0081]第一 DC接口 516和第二 DC接口 518被耦合到電力管理模塊524。電力管理模塊524被耦合到微控制器528。傳感器接口 520和額外的引腳接口 522被耦合到微控制器528。CT集中器124還包括耦合在數(shù)字接口 125和微控制器528之間的收發(fā)器530和耦合到微控制器528的非易失性存儲器模塊532。在一個實施例中，非易失性存儲器模塊532包括電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM);然而，在其它實施例中，非易失性存儲器模塊532可以包括任何類型的非易失性存儲器(例如，如串行閃存存儲器)。
[0082]CT集中器124還包括耦合到微控制器的用戶接口 534。在一些實施例中，用戶接口可以包括任何類型的控制，其允許用戶與CT集中器124進行交互。(例如，這種控制包括開關、按鈕、LED等)。根據(jù)一個實施例，CT集中器124還包括USB端口 536和串行端口 538。
[0083]CT集中器124還包括無線電裝置模塊和天線540。在一個實施例中，無線電裝置模塊是ZigBee無線電裝置；然而，在其它實施例中，可以使用不同的無線標準對無線電模塊540進行配置。根據(jù)一個實施例，無線電裝置和天線540被耦合到微控制器528、0n/0ff斷路器542和串行存儲器模塊544。
[0084]電力模塊126從電源(例如，單相或三相電源)(未示出)接收AC電力，調制并轉換接收到的AC電力為DC電力，以及經(jīng)由DC接口 506和第二 DC接口 518將DC電力提供給CT集中器124。電力管理模塊524從第二 DC接口 518接收DC電力并將適當?shù)腄C電力提供給CT集中器124的組件(例如，微控制器528)。根據(jù)另一個實施例，電池組512可經(jīng)由DC接口 514和第一 DC接口 516將DC電力提供給CT集中器124。電力管理模塊524從第一DC接口 516接收DC電力并將適當?shù)腄C電力提供給CT集中器124的組件(例如，微控制器528)。
[0085]電力模塊126經(jīng)由傳感器接口 508、520向微控制器528提供從電源(例如，單相或三相電源)接收到的電力信號。在一個實施例中，電力信號包括電壓感測信號和相位同步信號。根據(jù)另一個實施例，電力模塊126還經(jīng)由額外的引腳接口 510、522向微控制器提供附加的信息。例如，可以經(jīng)由傳輸引腳、接收引腳、電力模塊型引腳和輔助電力引腳將附加的信息提供給微控制器。
[0086]微控制器528經(jīng)由傳感器接口 520從電力模塊126接收電力信號信息。微控制器528測量被提供給電力模塊126的電力的電壓、頻率和相位。要理解的是，提供給電力模塊126的電力與提供給電路支路102的電力實質上相同(如上所討論的)，由微控制器528測量的與電力模塊126有關的電壓、頻率和相位與被提供給電路支路102的電力的電壓、頻率和相位相同。
[0087]當被供電時，微控制器528開始經(jīng)由收發(fā)器530、數(shù)字接口 125和通信總線122與智能傳感器電路120進行通信。根據(jù)一個實施例，微控制器528可利用RS-485物理通信協(xié)議通過通信總線122進行通信。然而，可以使用其它的物理通信協(xié)議。作為主要控制器起作用的微控制器528識別哪一個智能傳感器電路120被耦合到通信總線122。主要微控制器528將微控制器402作為輔助控制器并向每個輔助微控制器402 (并因此為智能傳感器電路120)分配唯一的地址。根據(jù)一個實施例，每次新的智能傳感器電路120被耦合到通信總線122時，都被主要微控制器528分配新的地址。
[0088]根據(jù)一個實施例，主要微控制器528利用Modbus串行通信協(xié)議定義通信總線122上的通信和尋址。主要微控制器528，使用Modbus協(xié)議，向智能傳感器電路120分配唯一的地址，并設置通過通信總線122傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的結構和格式。例如，根據(jù)一個實施例，如2011年4月 19 日提交的，標題為“SYSTEM AND METHOD FOR TRASNFERRING DATA IN A MULT1-DROPNETWORK”的美國專利申請序列號13/089，686中所描述的可以使用Modbus協(xié)議執(zhí)行通過通信總線122的通信，通過引用將該申請的全部內容并入本文。在一個實施例中，主要微控制器528利用自動尋址方案。例如，如2011年4月19日提交的，標題為“SYSTEM AND METHODFOR AUTOMATICALLY ADDRESSING DEVICES IN A MULT 1-DROP NETWORK” 的美國專利申請?zhí)?3/089，678中所描述的主要微控制器528利用自動尋址方案，通過引用將該申請的全部內容并入本文。
[0089]根據(jù)一個實施例，Modbus協(xié)議允許高達255個智能傳感器電路120被同時附接到通信總線122。還要理解的是，智能傳感器電路120的數(shù)量可以由負載中心100本身來限制。例如，在普通住宅的負載中心中，支路電路(并因此為智能傳感器電路)的最大數(shù)量為72。然而，根據(jù)至少一個實施例，主要微控制器528和輔助微控制器402可以使用不同的通信協(xié)議，以允許任意數(shù)量的智能傳感器電路120被耦合到通信總線122 (例如，用于大型商業(yè)負載中心)。
[0090]根據(jù)一個實施例，一旦所有的智能傳感器電路120被主要微控制器528識別出并分配了地址，用戶經(jīng)由用戶接口 534可將每個智能傳感器電路120與特定的負載相關聯(lián)(例如，傳感器# 12被分配給空調器；傳感器# 13被分配給冰箱，等等)。
[0091]一旦完成智能傳感器電路120的識別和尋址，主要微控制器528監(jiān)測智能傳感器電路120。主要微控制器528確定哪些智能傳感器電路120正試圖通過通信總線122進行通信并控制總線122上的通信以消除沖突或數(shù)據(jù)擁堵。此外，根據(jù)一個實施例，主要微控制器528向智能傳感器電路120提供功率參數(shù)信息。例如，如上所討論的，主要微控制器528測量被提供給電力模塊126 (并因此為電路支路102)的電力的電壓、頻率和相位。當智能傳感器電路120需要時，主要微控制器528經(jīng)由收發(fā)器530和通信總線122將參數(shù)信息傳輸?shù)街悄軅鞲衅麟娐?20。
[0092]如上所討論的，每個智能傳感器電路120測量通過相關聯(lián)的電路支路102或輸入線104、106的電流。根據(jù)一個實施例，使用來自主要微控制器528的所測量的電流和接收到的附加參數(shù)(例如，電壓、頻率和相位)信息，智能傳感器電路120計算功率信息，如相關聯(lián)的電路支路102或輸入線104、106的RMS電流、實際功率和視在功率和功率因數(shù)。計算出的電流和/或功率信息經(jīng)由通信總線122、數(shù)字接口 125和收發(fā)器530被傳輸?shù)街饕⒖刂破?28。在一個實施例中，在由微控制器528確定的時間和速率處，將功率信息傳輸給主要微控制器528。如以上所討論的，根據(jù)一個實施例，主要微控制器528也可以經(jīng)由模擬接口127直接從CTl 14接收模擬電流信息。
[0093]根據(jù)一個實施例，當從智能傳感器電路120接收計算出的電流時，主要微控制器528利用所測量的電壓、頻率和/或相位信息計算功率和能量參數(shù)，如電路支路102或輸入線104、106的RMS電流、實際功率和視在功率和功率因數(shù)。
[0094]主要微控制器528將電流、功率和能量信息提供給無線電裝置模塊和天線540。無線電裝置模塊和天線540將電流、功率和能量信息無線地傳輸?shù)酵獠靠蛻舳?例如，web服務器、家用顯示器或互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關)以向終端用戶或其它權益方提供電力和能量消耗數(shù)據(jù)。根據(jù)一個實施例，電流、功率和能量信息也可通過有線連接被提供給外部客戶端(例如，經(jīng)由USB端口 536或串行端口 538)。根據(jù)另一個實施例，電流、功率和能量信息可以通過另一種類型的接口被提供到外部客戶端，如以太網(wǎng)或電力線通信(PLC)端口(未示出)。
[0095]在如上所述的一個實施例中，每個智能傳感器電路120確定用于其相關聯(lián)的支路電路的功率信息并將該信息傳輸?shù)紺T集中器124。在另一個實施例中，現(xiàn)在將參照圖6對其進行描述，CT集中器124使由每個智能傳感器電路120執(zhí)行的電流測量與由CT集中器124執(zhí)行的電壓測量同步。這允許CT集中器124僅基于從智能傳感器電路120接收到的電流息計算功率息。
[0096]根據(jù)一個實施例，圖6是圖5的CT集中器124的操作的方法的流程圖。在方框602，CT集中器124，并因此為智能傳感器電路120，被加電。在方框604，CT集中器的主要微控制器528經(jīng)由通信總線122向每個智能傳感器電路120分配唯一的地址。根據(jù)一個實施例，主要微控制器528利用自動尋址方案，如上所討論的。在方框606，主要微控制器528經(jīng)由通信總線122向每個智能傳感器電路120廣播參數(shù)信息。根據(jù)一個實施例，參數(shù)信息包括頻率(或周期)、每個周期的采樣的數(shù)量和定義的睡眠定時器中的至少一個。在另一個實施例中，廣播信息包括縮放參數(shù)。根據(jù)另一個實施例，廣播信息包括先前周期的計算結果(例如，用于RMS電流、功率、能量)。
[0097]在方框608，主要微控制器528請求每個智能傳感器電路120經(jīng)由通信總線122確認廣播信息的接收。根據(jù)一個實施例，在方框608，主要微控制器528還請求每個智能傳感器電路120經(jīng)由通信總線122將其傳感器類型(例如，20A、80A或200A的電流互感器)傳輸?shù)街饕⒖刂破?28。在方框610，主要微控制器528創(chuàng)建所有傳感器電路120和它們的類型(例如，型號)的清單。在方框612，主要微控制器528向每個智能傳感器電路120傳輸智能傳感器電路120應該進入節(jié)電模式。
[0098]根據(jù)一個實施例，一旦智能傳感器120進入節(jié)電模式,啟用睡眠定時器。在一個實施例中，睡眠定時器的使用目的是限制系統(tǒng)的總體功率消耗。例如，在一個實施例中，當智能傳感器120處于節(jié)電模式時，智能傳感器120將無法在通訊總線上進行通信，并因此將需要較低電平的功率，直到睡眠定時器期滿。通過將智能傳感器120的至少一部分放置在節(jié)電模式下，需要全功率的智能傳感器120的總數(shù)量是有限的并且系統(tǒng)的總功率消耗可以被降低。根據(jù)一個實施例，睡眠定時器是可編程的。在一個實施例中，利用等于或稍小于智能傳感器120的總數(shù)量的時間乘以對電流進行采樣的周期對睡眠定時器進行配置。
[0099]例如，根據(jù)一個實施例，利用下面的公式計算的時間(T)對睡眠定時器進行配置:
[0100]T=(s-2)*t+(t/2)；
[0101]其中:
[0102]s表示智能傳感器120的總數(shù)量，以及
[0103]t表示由主要微控制器528定義的采樣周期。
[0104]在一個實例中，其中采樣周期是20ms且系統(tǒng)包括總共6個智能傳感器120，計算時間T為90ms。在這個實例中，智能傳感器120進行測量并完成傳輸電流采樣原始數(shù)據(jù)之后，將進入節(jié)點模式90ms并且將不再對電流進行采樣，直到時間T (90ms)期滿。然而，在其它實施例中，睡眠定時器可以被不同地配置。
[0105]在一個實施例中，當前在節(jié)電模式下的智能傳感器120被配置成早些退出節(jié)電模式(即在時間T期滿之前)，以為電流采樣做準備，當時間T期滿時所述電流采樣將開始。例如，在一個實施例中，當前在節(jié)電模式下的智能傳感器120被配置成早些退出節(jié)電模式10ms。在這樣的實施例中，每個智能傳感器120將被喚醒的總時間是30毫秒(除了 IOms喚醒周期，20ms周期)。因此，通過錯開智能傳感器120執(zhí)行的電流采樣，對同一時間需要電力的智能傳感器120的數(shù)量進行限制并作為結果，系統(tǒng)的總體功率消耗降低。這對于電池操作系統(tǒng)是特別有用的。
[0106]在方框614，主要微控制器528經(jīng)由傳感器接口 520感測從電力模塊126接收到的電力信號信息的電壓、頻率和/或相位。例如，根據(jù)一個實施例，主要微控制器528通過電壓感測信號感測電壓和/或頻率并且主要微控制器528通過相位同步信號感測相位。如上所討論的，根據(jù)一些實施例，從電力模塊126接收到的電力信號信息可能與單相、雙相或三相電力相關。
[0107]在方框616，主要微控制器528計算存在的所有相(例如，1、2或3)的RMS電壓。同樣在方框616,主要微控制器528將RMS電壓與主要微控制器528的額定電壓進行比較以確認RMS電壓和相位信號是正確的。例如，根據(jù)一個實施例，如果主要微控制器528被連接到北美的公用系統(tǒng)，主要微控制器528將確認它正在測量120V、60Hz的信號。然而，在另一個實施例中，如果主要微控制器528被連接到歐洲的公用系統(tǒng)，主要微控制器528將確認它正在測量220V、50Hz的信號。
[0108]在方框618，主要微控制器528確定同步測量時將采取的適當?shù)南辔唤?。根?jù)一個實施例，相位角可被配置為任意的相位角，并非不得不被限制到過零。在一些實施例中，相位角可以被配置在一個角度而不是過零處以故意地避免可能存在于過零處的噪聲。
[0109]在方框620和622，由主要微控制器529和智能傳感器電路120進行的同步采樣在先前確定的相位角處開始。例如，根據(jù)一個實施例，在方框620，主要微控制器528與所有的智能傳感器電路120同時進行通信以在預定的相位角處開始對它們各自的電路支路102中的電流進行米樣。另外，同時如方框620,在方框622處主要微控制器528啟動在先前確定的相位角處從電力模塊126接收到的電力信號信息的電壓采樣以使電壓測量與所有智能傳感器電路120進行的電流測量同步。根據(jù)一個實施例，主要微控制器528在相同的一段時間內對電壓進行采樣，其中智能傳感器電路120對電流進行采樣。
[0110]根據(jù)另一個實施例，而不是與所有的智能傳感器電路120同時進行通信，主要微控制器528與至少一個特定的傳感器(例如，具有唯一的地址的傳感器)進行通信以對各自的電路支路102中的電流開始采樣。以這種方式，主要微控制器528能夠對至少一個特定類型的電路支路中(例如，被耦合到特定類型的負載的電路支路)的電流開始采樣。僅通過對選定數(shù)量的電路支路102中的電流進行采樣，系統(tǒng)的總體功率消耗可以被降低。
[0111]根據(jù)一個實施例，對于預定數(shù)量的采樣，被控制以開始采樣的每個智能傳感器電路120將在預定的時間段內對智能傳感器電路120各支路中的電流進行采樣，采樣的時間和次數(shù)被主要微控制器528預先設定在廣播參數(shù)信息中。在一個實施例中，電流采樣原始數(shù)據(jù)被存儲在每個智能傳感器電路120的緩沖器中。
[0112]在方框624，當完成給定周期的電壓采樣時，主要微控制器528請求正在對電流進行采樣的每個智能傳感器電路經(jīng)由通信總線122將給定的時間段內的電流采樣原始數(shù)據(jù)從緩沖器傳輸?shù)街饕⒖刂破?28。根據(jù)一個實施例，電流采樣原始數(shù)據(jù)被加蓋時間戳。
[0113]在方框626，當確認電流采樣原始數(shù)據(jù)的接收之后，主要微控制器528向先前的電流采樣智能傳感器120廣播智能傳感器120應該進入節(jié)電模式，使得更多的電力可用于其它智能傳感器(如上所討論的)。
[0114]根據(jù)一個實施例，在方框626，使用接收到的電流數(shù)據(jù)和所測量的電壓數(shù)據(jù)，主要微控制器528計算與智能傳感器102相關聯(lián)的電路支路102的RMS電流、功率(例如，第4象限)和/或能量使用，主要微控制器528從所述智能傳感器102接收原始電流采樣數(shù)據(jù)。根據(jù)一個實施例，當進行其電流、功率和/或能量計算時，主要微控制器528可以自動地考慮到主要微控制器528和智能傳感器102之間的任何通信延遲。在計算電流、功率和能量信息之后，對于另一個智能傳感器120或一組智能傳感器120，主要微控制器528可重復方框 620 至 628。
[0115]在至少一些實施例中，使用主要微控制器528單獨地控制智能傳感器電路120的同步，消除了單獨地將每個智能傳感器電路120與來自電力模塊的相位同步信號進行接線的任何需要。智能傳感器電路120內的鎖相環(huán)(PLL)電路也可能被消除，因為主要微控制器528將控制同步。通過允許主要微控制器528選擇采樣將發(fā)生時的相位角，系統(tǒng)的靈活性可能會增加。例如，可以選擇任何適當?shù)南辔唤且蕴峁┳罾硐氲慕Y果。
[0116]盡管根據(jù)本發(fā)明的實例本文是參照負載中心進行闡述的，但是在電力線的電流、功率和能量期望被監(jiān)測的任何電氣系統(tǒng)中可以采用其它實施例。還要理解的是，可以利用根據(jù)本發(fā)明的實例以監(jiān)測任何類型(例如，商業(yè)或住宅)或大小的系統(tǒng)。
[0117]盡管本文描述了利用能夠被鉗位到電路支路102上的電流互感器114的根據(jù)本發(fā)明的實例，但是其它實例可以采用不同類型的電流傳感器。例如，可以使用采用分流電阻、霍爾效應和環(huán)形(實心)電流互感器的電流傳感器。
[0118]在本文所述的根據(jù)本發(fā)明的至少一些實例中，傳感器電路120和CT集中器124之間的通信可以通過有線接口(即，通信總線122)進行。其它實例可以采用無線接口。例如，傳感器電路120和CT集中器124之間的通信可以遵照無線標準執(zhí)行，如在2010年5月28 日提交的，標題為 “SYSTEM FOR SELF-POWERED, WIRELESS MONITORING OF ELECTRICALCURRENT, POWER AND ENERGY”的美國專利申請序列號12/789，922中所描述的ZigBee RF4CE標準或IEEE802.15標準，通過引用將該申請的全部內容并入本文。
[0119]通過僅在負載中心中包括單條通信總線，而不是單獨的專用連接(例如，“軸輻式布線”)，并經(jīng)由單條通信總線將所有的智能CT連接到負載中心的CT集中器；提供了一種用于利用多個CT來監(jiān)測負載中心的電路支路的相對小的、不那么復雜的且更易管理的方法和系統(tǒng)。
[0120]由此，已經(jīng)描述了本發(fā)明的至少一個實施例的幾個方面，要理解的是，本領域的技術人員將容易想到各種變化、修改和改進。這些變化、修改和改進被認為是本公開內容的一部分，并被認為是在本發(fā)明的精神和范圍之內。相應地，上述說明和附圖僅是舉例。
【權利要求】
1.一種用于監(jiān)測耦合到輸入線的多個電路支路的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 通信總線； 多個傳感器電路，每個傳感器電路被配置成耦合到所述通信總線和所述多個電路支路中的至少一個，其中每個傳感器電路還被配置成對所述多個電路支路中的所述至少一個中的電流進行采樣； 控制器，其被配置成耦合到所述通信總線和所述輸入線；其中所述控制器還被配置成對所述輸入線上的電壓進行采樣；并且 其中所述控制器還被配置成經(jīng)由所述通信總線使由所述多個傳感器電路執(zhí)行的電流采樣與由所述控制器執(zhí)行的電壓采樣同步。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置成經(jīng)由所述通信總線從所述多個傳感器電路中的至少一個接收電流采樣數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置成基于電壓采樣數(shù)據(jù)和從所述多個傳感器電路中的所述至少一個接收到的所述電流采樣數(shù)據(jù)計算所述多個電路支路中的至少一個的RMS電流、功率或能量使用中的至少一個。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置成確定電流采樣和電壓采樣應該發(fā)生時的電壓波形的相位角。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個傳感器電路中的至少一個包括耦合到所述多個電路支路中的所述至少一個的電流互感器。
6.一種用于監(jiān)測耦合到電力線的多個電路支路的方法，所述方法包括: 將傳感器電路耦合到所述多個電路支路的每一個并耦合到通信總線；` 將控制器耦合到所述通信總線并耦合到所述電力線； 利用所述傳感器電路中的至少一個對所述多個電路支路中的至少一個中的電流進行采樣； 利用所述控制器對所述電力線上的電壓進行采樣；以及 利用所述控制器經(jīng)由所述通信總線使由所述傳感器電路中的所述至少一個執(zhí)行的對電流的采樣與由所述控制器執(zhí)行的對電壓的采樣同步。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述同步的動作包括: 通過所述控制器檢測所述電力線上的電壓波形；以及 利用所述控制器確定對電流進行采樣的動作和對電壓進行采樣的動作應該發(fā)生時的所述電壓波形的相位角。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述同步的動作還包括: 利用所述控制器經(jīng)由所述通信總線向所述傳感器電路的每一個廣播:對電流進行采樣的動作應該開始；以及 在所述廣播的動作后的預定延遲之后，啟動所述對電壓進行采樣的動作。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述同步的動作還包括: 利用所述控制器經(jīng)由所述通信總線向所述傳感器電路中的至少一個廣播:所述對電流進行采樣的動作應該開始；以及 在所述廣播的動作后的預定延遲之后，啟動所述對電壓進行采樣的動作。
10.根據(jù)權利要求6所述的方法，還包括利用所述控制器經(jīng)由所述通信總線從所述傳感器電路中的至少一個接收電流采樣數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括將所述電流采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> 12.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括利用所述控制器基于從所述傳感器電路中的所述至少一個接收到的所述電流采樣數(shù)據(jù)以及電壓采樣數(shù)據(jù)來計算所述多個電路支路中的至少一個的RMS電流、電壓或能量使用中的至少一個。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括將RMS電流、電壓或能量使用中的所述至少一個傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> 14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，所述傳輸?shù)膭幼靼▽MS電流、電壓或能量使用中的所述至少一個無線地傳輸?shù)酵獠靠蛻舳恕?br> 15.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括: 利用所述控制器響應于所述接收電流采樣數(shù)據(jù)的動作，確認所述電流采樣數(shù)據(jù)被成功地接收；以及 利用所述傳感器電路中的所述至少一個、響應于所述確認的動作，進入節(jié)電模式。
16.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，所述進入節(jié)電模式的動作包括啟動睡眠計時器，其中所述傳感器電路中的所述至少一個保持在節(jié)電模式直到所述睡眠計時器期滿。
17.根據(jù)權利要求6所述的方法，還包括利用所述控制器經(jīng)由所述通信總線將唯一的地址分配給所述傳感器電路的每一個。
18.一種用于監(jiān)測耦合到輸入線的多個電路支路的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 通信總線； 多個傳感器電路，每一個傳感器電路被配置成耦合到所述通信總線和所述多個電路支路中的至少一個，其中每個傳感器電路還被配置成對所述多個電路支路中的所述至少一個中的電流進行采樣； 控制器，其被配置成耦合到所述通信總線和所述輸入線； 用于使由所述多個傳感器電路中的至少一個執(zhí)行的電流采樣和由所述控制器執(zhí)行的電壓采樣同步的裝置。
19.根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置成經(jīng)由所述通信總線從所述多個傳感器電路中的所述至少一個接收電流采樣數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還被配置成基于電壓采樣數(shù)據(jù)和從所述多個傳感器電路中的所述至少一個接收到的所述電流采樣數(shù)據(jù)計算所述多個電路支路中的至少一個的RMS電流、功率或能量使用中的至少一個。
【文檔編號】G01R21/133GK103620423SQ201280029990
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年4月17日 優(yōu)先權日:2011年4月19日
【發(fā)明者】維什沃斯·默罕艾拉杰·德奧卡, N·派克, 詹姆士·S·斯皮塔埃爾 申請人:施耐德電氣It公司