CN106464988A - 能量管理*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括原位处理单元(1)的能量管理***，所述原位处理单元(1)包括：测量单元(2,3,5)，其能够测量主供电电缆上的功率相关参数集合；第一处理单元(6)，其能够通过应用用于检测涉及开启或关闭电子设备或电气设备的事件以及用于表征该事件的签名检测算法来处理该功率相关参数；用于向服务器传输数据分组的装置，该数据分组包括该签名检测算法的输出；其特征在于该处理单元仅在检测到此类事件的情况下触发数据分组的传输。本发明进一步涉及一种用于监视电子设备和/或电气设备的使用的方法，其包括以下步骤：测量/监视主供电电缆上的功率相关参数，该测量/监视由根据本发明的能量管理***的测量单元(2,3,5)部分来执行，通过应用用于检测是否发生涉及开启或关闭电子设备和/或电气设备的事件以及用于表征该事件签名检测算法来在该第一处理单元(6)上处理该功率相关参数，发起去往服务器(4)的传输，向服务器(4)传输数据分组，该数据分组包括该签名检测算法的输出，其特征在于，该方法进一步包括仅在检测到此类事件的情况下触发数据分组的传输。

Description

能量管理***
发明领域
本发明涉及用于通过以下步骤更为高效地监视电子设备和/或电气设备的能量管理***：测量/监视主供电电缆上的功率参数，在该功率参数上应用签名检测算法以及传输包括该签名检测算法的输出的数据分组。
发明背景
针对低水平的自然资源的公众意识在最近越来越激进地进入我们的日常生活中。因为替代资源不能够完全补偿自然资源的匮乏，将类似电力和天然气的消耗保持在最低正变得必要。因此，低个体消耗和设备效率是关键。
涉及测量房屋内的诸设备的功耗的设备在本领域中是公知的，例如，US2012016608或GB2488164中所描述的那些。
US20120016608定义了能够测量电气参数以及检测设备的电气特征的设备。该设备比较该电气特征与记录在本地端***的数据库中的设备信息。在设备信息不匹配的情况下，该本地端***将该电气特征传送到服务器以供进行更完整的比较。此类设备要求高计算能力以供处理所测量的电气参数，并且因此不能够提供具有低成本实现的高效解决方案。
GB2488164定义了一种能够从原始能量传感器数据中识别设备的类型和类别以及它们的能耗的***。该***包括进行环境感测和数据搜集的感测组件，以及主控数据计算和数据分析装置的服务器组件。所搜集的数据通过数学函数(像平均数、标准差和均方根)来处理，并且通过通信链路被发送给该服务器。此类设备使用较低的计算能力但是不能够提供可靠且易于实现的技术方案，因为其要求感测组件和服务器之间存在持续开放的通信链路。
因此，本发明的目的在于提供提高监视能耗的效率，同时提供消费者能够从远程位置实时跟进能耗特征的能力的改进的能量管理***。
本发明的另一目的在于提供实时能耗跟进同时在传感器上保持低计算能力和/或避免大量数据流。
本发明的进一步的目的在于提供输出准确消耗特征且同时将总体制造成本保持到最低的能量管理***。
本发明的进一步的目的在于提供增强针对特定时刻或所定义的时间段内的能耗的公众意识的设备。该设备能够输出多个设备在所定义的时间段内的电气特征和消耗演进，以及帮助用户标识不再在最优消耗范围内工作的设备。
本发明通过提供如在本发明的说明书中进一步描述的能量管理***和方法而满足了以上目的中的至少一者。
发明内容
本发明涉及一种包括原位处理单元(1)的能量管理***，该原位处理单元(1)包括：(a)测量单元，其能够测量主供电电缆上的功率相关参数集合；(b)第一处理单元，其能够通过应用用于检测涉及电子设备和/或电气设备的开启或关闭的事件以及用户表征该事件的签名检测算法来处理该功率相关参数；(c)用于向服务器传输包括该签名检测算法的输出的数据分组的装置；其特征在于，该处理单元仅在检测到此类事件的情况下触发数据分组的传输。
优选地，原位处理单元包括：(A)测量单元，其能够测量将主供电电缆上的功率相关参数集合X作为时间的函数t来进行测量和监视；(B)第一处理单元，其能够通过应用签名检测算法来处理该功率相关参数，包括：(a)从包括在[ti,ti+1]之间的时间区间Δti内测得的功率相关参数集合Xi的值计算功率值Pi；(b)计算时间区间Δtj＝[tj,tj+1]处的功率值Pj和时间区间Δti＝[ti,ti+1]tj处的功率值Pi之间的功率变化ΔΡi＝Pj-Pi，其中tj>ti；(c)比较功率变化值ΔΡi和参考值ΔPref，并且在ΔΡi>ΔPref的情况下定义事件在时间ti和tj+1之间发生，否则功率参数集合Xi就被认为在时间ti和tj+1之间是稳定的；当且仅当事件在ti和tj+1之间发生时，那么该处理单元进一步如以下处理数据：(a)定义事件区间[th,0,th,N+1]，其中th,0<ti<tj+1<th,N+1，包括事件前区间Δth,0＝[th,0,th,1]和事件后区间Δth,N＝[th,N,th,N+1]，从而功率参数集合Xh,0和Xh,N分别在事件前区间和事件后区间二者中都是稳定的；(b)计算各个事件区间Δth,0和Δth,N内的功率值Ph,0和Ph,N，以及计算变化ΔPh,0N＝Ph,N-Ph,0；(c)用于向服务器传输包括该变化ΔPh,0N的数据分组的装置。
优选地，功率相关参数集合X包括选自以下任意一者或多者的数据：电压U、电流I、U,I相位差
进一步，该功率值Pi、Pj是n维向量的形式，其中向量中的n值在一个完整电压循环期间对功率曲线进行建模。
优选地,比较用于定义事件是否在时间ti和tj+1之间发生的功率变化值ΔΡi＝Pj-Pi由T测试Τ(Δti,Δtj)来确定，该Τ(Δti,Δtj)被定义为分别在区间Δti和Δtj中的不同时间测得的功率值的算术平均数之间的差，除以该功率值的方差和除以在两个区间Δti和Δtj二者中测得的功率值的总数n的平方根。
优选地，时间区间Δti和Δtj是连贯的，即，ti+1＝tj。
优选地，事件区间[th，0,th,N+1]被分成具有相等时间历时的N+2个连贯事件子区间：Δth,0,Δth,1,....,Δth,i,Δth,i+1,...,Δth,N,Δth,N+1。
优选地，该***包括服务器，该服务器进一步包括用于接收由该原位处理单元传输的数据分组的通信接口。
优选地，该服务器进一步包括第二处理单元，其能够根据接收自原位处理单元的每个数据分组的各特征参数(诸如ΔPh,0N,Ppeak,Δtpeak)来向这些数据分组中的每一者指派具体电子设备和/或电气设备。
优选地，该签名检测算法的输出包括表示尖峰参数的数字字符串，这些尖峰参数诸如尖峰的振幅Ppeak和/或尖峰的历时Δtpeak，和/或比较的输出(定义为瞬态特征)。
优选地，该第二处理单元进一步包括用于将具有类似特征参数的不同数据分组归类成群集的装置，以及优选地用于向原位处理单元的该第一处理单元发送该群集的装置。
优选地，该功率相关参数及X以包括在1-16kHz之间的采样速率来测量/监视。
优选地，无论何时检测到至少为35的绝对T测试值的话，都检测到该事件。
优选地，该事件签名包括120数字字符串。
优选地，该服务器进一步执行随时间的能耗分析。
本发明进一步涉及一种用于监视电子设备和/或电气设备的使用的方法，其包括以下步骤：测量/监视主供电电缆上的功率相关参数，该测量/监视由根据本发明的能量管理***的测量单元部分来执行，通过应用用于检测是否发生涉及开启或关闭电子设备和/或电气设备的事件以及用于表征该事件的签名检测算法来在该第一处理单元上处理该功率相关参数，发起去往服务器的传输，向服务器传输数据分组，该数据分组包括该签名检测算法的输出，其特征在于，该方法进一步包括仅在检测到此类事件的情况下触发数据分组的传输。
在进一步的实施例中，该原位处理单元至少执行以下步骤：
(A)通过测量单元将主供电电缆上的功率相关参数集合X作为时间t的函数进行测量和监视；
在处理单元上通过应用签名检测算法来处理该功率相关参数，其至少通过以下步骤进行：(a)从包括在[ti,ti+1]之间的时间区间Δti内测得的功率相关参数集合Xi的值计算功率值Pi；(b)计算时间区间Δtj＝[tj,tj+1]处的功率值Pj和时间区间Δti＝[ti,ti+1]tj处的功率值Pi之间的功率变化ΔΡi＝Pj-Pi，其中tj>ti；(c)比较功率变化值ΔΡi和参考值ΔPref，并且在ΔΡi>ΔPref的情况下定义事件在时间ti和tj+1之间发生，否则功率参数集合Xi就被认为在时间ti和tj+1之间是稳定的；当且仅当事件在ti和tj+1之间发生时，那么该处理单元进一步如以下处理数据：(d)定义事件区间[th,0,th,N+1]，其中th,0<ti<tj+1<th,N+1，包括事件前区间Δth,0＝[th,0,th,1]和事件后区间Δth,N＝[th,N,th,N+1]，从而功率参数集合Xh,0和Xh,N分别在事件前区间和事件后区间二者中都是稳定的；(e)计算各个事件区间Δth,0和Δth,N内的功率值Ph,0和Ph,N，以及计算变化ΔPh,0N＝Ph,N-Ph,0；
(C)向服务器传输包括该变化ΔPh,0N的数据分组。
优选地，该服务器进一步包括第二处理单元，其能够执行根据接收自原位处理单元的每个数据分组的各特征参数(诸如ΔPh,0N,Ppeak,Δtpeak)来向这些数据分组中的每一者指派具体电子设备和/或电气设备，作为的步骤。
优选地，该签名检测算法的输出包括表示尖峰参数的数字字符串，这些尖峰参数诸如尖峰的振幅Ppeak和/或尖峰的历时Δtpeak，和/或比较的输出(定义为瞬态特征)。
进一步，该第二处理单元进一步包括用于将具有类似特征参数的不同数据分组归类成群集的步骤，以及优选的用于向原位处理单元的该第一处理单元发送该群集的步骤。
本发明进一步针对一套零件包，包括如本发明中定义的原位处理单元和如本文中定义的服务器。
在根据本发明的进一步的实施例中，该套零件包包括原位处理单元，该原位处理单元包括测量单元，该测量单元包括适于测量主供电电缆上的功率参数的传感器，该传感器适配成钳在该供电电缆周围，主板，其包括与该传感器处于通信并且能够从该传感器接收数据的处理器单元，该主板进一步包括无线接口，其用于与该服务器通信，控制器单元，其用于控制无线接口上的经处理的功率数据的传输的开始和结束。
在根据本发明的进一步的实施例中，该套零件包包括原位处理单元，该原位处理单元包括：适于测量主供电电缆上的功率参数的传感器，该传感器适配成钳在该供电电缆周围，适于测量第二主供电电缆上的功率参数的传感器，该传感器适配成钳在电源电缆周围，包括处理器单元和无线接口的主板，该主板从该传感器接收数据。优选地，该第二主供电电缆用于传输来自太阳能面板的能量。
附图简述
图1示意性地表示了根据本发明的***。
图2示意性地表示了根据本发明的双相***。
图3表示表征涉及开启电子设备和/或电气设备的事件的功率尖峰。
图4示意性地解说了根据本发明的事件检测算法。
发明描述
本发明(图1)涉及一种包括原位处理单元(1)的能量管理***，该原位处理单元(1)包括：(a)测量单元(2,3,5)，其能够测量主供电电缆上的功率相关参数集合；
(b)第一处理单元(6)，其能够通过应用用于检测涉及开启或关闭电子设备和/或电气设备的事件以及用于表征该事件的签名检测算法来处理该功率相关参数；
(c)用于向服务器传输数据分组的装置，该数据分组包括该签名检测算法的输出。为了优化原位处理单元(1)和服务器(4)之间的数据传输量，该处理单元仅在检测到事件的情况下触发数据分组的传输。
测量单元(2,3,5)能够通过放置在主供电电缆上且直接连接到主外壳的传感器(2)来测量/监视主供电电缆上的功率参数。优选地，此类传感器(2)钳在主供电电缆周围并且持续测量/监视此类电缆上的功率参数。然而，要理解，此类传感器(2)也可以用与供电电缆直接物理接触的方式安装。主外壳容纳有主电路板，该主电路板包括用于通过应用签名检测算法来处理该测得的功率相关参数的装置，以及用于传输数据分组的装置，该数据分组包括该签名检测算法的输出。
优选地，主外壳包括可连接到常规电插座(3)的电缆。
在本发明的上下文中，主供电电缆要被理解为给众多设备供应电能的电缆，诸如将能量从主电源线传输到大楼、或房屋或公寓的供电电缆。
在本发明的上下文中，签名要被理解为有限时间段上的功率参数集合并且表示对于设备或设备组合而言典型的能耗的改变。此类典型改变可以是尖峰和/或尖峰之后的瞬态改变，和/或在尖峰之前和/或之后和/或期间的典型能耗特征、或两者的组合。能耗中的改变可以通过功率参数(诸如：电流、电压、(其中是电流和电压之间的相位角)、实际功率、无功功率、归一化的实际/无功功率，或类似参数)的改变来确定。
优选地，原位处理单元(1)包括传感器(2)，该传感器(2)安装在房屋或公寓或大楼的入口处的主供电电缆上，其紧接在电缆进入房屋或公寓或大楼后，在电表和保险丝盒之间。
因为去往服务器(4)的数据的传输是在签名检测之际发起的，所以根据本发明的***的效率被显著提高，原因在于仅有供进一步分析和处理所需的数据量被发送给服务器(4)而非值的连续流。进一步，在未检测到功率参数的改变并且因此未检测到房屋的能耗的改变的情况下，原位处理单元(1)将不会发起与该服务器(4)的通信链路。此类特征使得根据本发明的***是能量高效的，因为其仅使用最少的资源并且同时提供数据的准确且完整的集合。
在常规住宅(像房屋或公寓)内使用的常规电力分配***是单相分配***。将理解，根据本发明的***也可以用于双相或三相分配***中。在使用单相分配***的情况下，原位处理单元(1)使用一个钳在供电电缆周围的传感器(2)。在使用双相或三相分配***的情况下，根据本发明的***将优选地为每个相位使用一个传感器(2)且钳在每个供电电缆周围，诸如为双相分配使用两个传感器(2)(图2)，以及为三相分配***使用三个传感器(2)。
在根据本发明的实施例中，原位处理单元(1)包括从传感器(2)接收原始数据且转换该数据的模数转换器(5)。此类ADC(5)具有6比特和24比特之间(优选地，12和24之间)的分辨率，更为优选地，ADC(5)具有24比特的分辨率。
在原位处理单元(1)级处，来自ADC(5)的样本被优选地发送给第一处理单元(6)，并且被用于应用如将会进一步解释的事件检测算法和/或签名检测功能。
通常会发现，进阶电子设备和/或电气设备开启之后，会测量到临时高能量请求，其将会进一步被称为“尖峰”并且进一步被认为是正尖峰。在少量时间之后，能耗下降并且移动至稳定的相对恒定的特征。此类正尖峰由所测得的信号的最大幅值(Ppeak)和从高能号的开始点tpm直到达成稳定消耗tpM的历时Δtpeak来定义，其中Δtpeak为tpM–tpm(图3)。
在本发明中进一步认为，在特定设备关闭时，测得临时低能量请求，其将会进一步被称为“尖峰”并且进一步被认为是负尖峰。在少量时间之后，能耗上升并且移动至稳定的相对恒定的特征。此类负尖峰由所测得的信号的最小幅值以及从低能量消耗的开始点直到达成稳定消耗的历时(Δtpeak)定义。
为了确定正/负尖峰的出现以及最终事件的出现，根据本发明的***在接收自ADC(5)的样本上执行数学分析。
在本发明的上下文中，事件被理解为开启或关闭电子设备和/或电气设备。
在根据本发明的优选实施例中以及如图4中所解说的，该原位处理单元(1)包括：(A)测量单元(2,3,5)，其能够将功率相关参数及X作为时间t的函数进行测量和监视；(B)第一处理单元(6)，其能够通过应用签名检测算法来处理该功率参数，该签名检测算法包括：(a)根据包括在[ti,ti+1]之间的时间区间Δti内测得的功率相关参数集合Xi的值计算功率值Pi；(b)计算时间区间Δtj＝[tj,tj+1]处的功率值Pj和时间区间Δti＝[ti,ti+1]tj处的功率值Pi之间的功率变化ΔΡi＝Pj-Pi，其中tj>ti；(c)比较功率变化值ΔΡi和参考值ΔPref，并且定义在ΔΡi>ΔPref的情况下事件在时间ti和tj+1之间发生，否则功率参数集合Xi就被认为在时间ti和tj+1之间是稳定的。在进一步的步骤中，当且仅当事件在ti和tj+1之间发生时，那么该处理单元进一步如以下步骤处理数据：(a)定义事件区间[th,0,th,N+1]，其中th,0<ti<tj+1<th,N+1，其包括事件前区间Δth,0＝[th,0,th,1]以及事件后区间Δth,N＝[th,N,th,N+1]，从而功率参数集合Xh,0和Xh,N在分别在事件前区间和事件后区间二者中是稳定的；(b)计算各自事件区间Δth,0和Δth,N内的功率值Ph,0和Ph,N，以及计算变化ΔPh,0N＝Ph,N-Ph,0；(C)用于向服务器(4)传输该变化ΔPh,0N的装置。
优选地，服务器(4)被放置在于原位处理单元(1)不同的位置并且至少包括用于通过通信接口(8)接收由原位处理单元(1)传输的数据分组。此类数据分组进一步包括该签名检测算法的输出。
优选地，根据本发明的***如以下实时应用或紧接检索样本之后应用双窗口算法：接收自ADC(5)的样本流被拆分成4秒(优选为3秒，更为优选为2秒)的连贯窗口。为了标识尖峰的出现以及因此而来的事件的出现，通过向包括在两个窗口内的样本应用统计T测试来分析两个连贯窗口，参见，例如http://en.wikipedia.org/wiki/Student％27s t-test。
优选地，为了确定T测试的结果，两个窗口内的样本的平均值被进一步计算：用包括在[ti,ti+1]之间的样本计算的Δti，以及用包括在[tj,tj+1]之间的样本计算的Δtj。在进一步的步骤中,用于定义事件是否在时间ti和tj+1之间发生的功率变化值ΔΡi＝Pj-Pi由T测试Τ(Δti,Δtj)来确定，该Τ(Δti,Δtj)被定义为分别在区间Δti和Δtj中的不同时间测得的功率值的算术平均数之间的差，除以该功率值的方差和除以在两个区间Δti和Δtj二者中测得的功率值的总数n的平方根。上述步骤的结果将会进一步被称为T测试的值：
其中且n是分别在区间[ti,ti+1]、[tj,tj+1]中考虑的样本的数目。
为了确定事件是否发生，T测试的绝对值如以下进行分析：若绝对值高于20、高于30，优选地高于40，更为优选地高于35，那么***就检测到事件。
若绝对值未被标识为高于20、高于30，优选地高于40，更为优选地高于35，那么***继续接下来两个连贯窗口内的分析。若***检测到事件，那么***进一步分析该事件是开启设备还是关闭设备。
优选地，***继续应用该T测试直到检测到稳定的特征以及进一步在存储单元内(原位处理单元(1)的一部分)存储正/负尖峰(Δtpeak)的历时以及尖峰(Ppeak)的最小/最大幅值(图3)。将理解，尖峰包括始于被检测到显著高于/低于先前的样本的第一样本直到***检测到稳定特征的开始的数据分组。
在根据本发明的优选的实施例中，若T测试的绝对值低于30、低于20，优选地低于10，更为优选地，若T测试的该绝对值低于15，那么***就检测到稳定特征。
优选地，功率值Pi、Pj是n维向量的形式，其中向量中的n值在一个完整电压循环期间对功率曲线进行建模。
在根据本发明的优选实施例中，功率相关参数集合X包括选择以下任一者或多者的数据：电压U、电流I，U,I相位差
优选地，为了实现高效且快速的***，时间区间Δti和Δtj是连贯的，即ti+1＝tj。
在根据本发明的进一步实施例中，事件区间[th,0,th,N+1]被划分成相等时间历时的N+2个事件子区间：Δth,0,Δth,1,....,Δth,i,Δth,i+1,...,Δth,N,Δth,N+1。
在根据本发明的另一实施例中，该事件通过滑动窗口技术检测。为了应用此类技术，在有限时间量(也被称为“窗口”)期间接收自传感器(2)的样本由原位处理单元(1)的第一处理单元(6)通过将每个样本与阈值比较来进行分析。在诸样本中的一者大于或等于阈值的情况下，***标识尖峰并且因此标识事件的开始。通过使用滑动窗口技术，针对尖峰前和尖峰后的功率特征的信息可用且不需要临时性地存储大量数据。在***完成窗口的分析之后，仅有相关信息被发送到服务器(4)，并且剩余的数据被从***删除。
在进一步的实施例中，紧挨在尖峰之前和/或紧接在尖峰之后的数据分组被通过应用选自包括以下各项的组的数学函数来分析：FFT(快速傅里叶变换)、STFT(短时傅里叶变换)、DFT(离散傅里叶变换)、FRFT(分数傅里叶变换)、求平均、收敛序列、渐进序列或其组合。优选地，此类数学函数被应用在尖峰之前和/或之后选择的两个4秒窗口上，优选地应用在两个3秒窗口上，更为优选地应用在两个2秒窗口上。通过应用该数学函数，根据本发明的***在尖峰之前和/或之后确定能耗的稳定特征。
在根据本发明的另一实施例中，如先前在本文中所描述的，事件检测算法在两个窗口上应用统计T测试。相应地，此类统计T测试算法标识设备的开启/关闭，和/或在设备工作之前和/或之后和/或期间的稳定特征。.
在根据本发明的实施例中，若***检测到设备开启，原位处理单元(1)向服务器(4)发送数据分组，该数据分组包括尖峰数据(诸如，尖峰的最大幅值Ppeak和/或正尖峰的历时Δtpeak)(图3)和/或涉及正尖峰之前和/或之后的稳定特征的数据。
若***检测到设备开启，原位处理单元(1)通过通信接口(7)向服务器发送数据分组，该数据分组包括尖峰数据(诸如，最小幅值Ppeak和/或负尖峰的历时Δtpeak)和/或涉及该事件的结束之前和/或之后的稳定特征的数据。
在根据本发明的实施例中，签名检测算法的输出以及因此而来的发送到服务器(4)的数据分组包括：正/负尖峰参数和/或该正/负尖峰之后的功率参数。优选地，此类数据分组将进一步被称为事件签名。
在根据本发明的优选的实施例中，该签名检测算法进一步包括通过两个时间窗算法的事件检测。
在根据本发明的另一实施例中，原位处理单元(1)上的第一处理单元(6)进一步通过应用数学函数来执行对来自两个时间窗(正/负尖峰之前和之后)的数学处理的结果的比较。此类数学函数选自包括以下各项的组：除法、减法或类似。优选地，该比较的输出定义了能耗的瞬态特征。在根据本发明的优选的实施例中，该瞬态特征是以下形式的：100个数字的字符串，或20个数字的字符串，或30个数字的字符串，或40个数字的字符串，或60个数字的字符串，或70个数字的字符串或83个数字的字符串，优选地，比较的结果是80个数字的字符串。
优选地，该签名检测算法的输出包括表示尖峰参数的数字字符串，这些尖峰参数诸如尖峰的幅值Ppeak、ΔPh,0N和/或尖峰的历时Δtpeak，和/或比较的输出(定义为瞬态特征)。
优选地，该用于定义该瞬态特征的数学函数被施加在包括在正/负尖峰之前和之后的两个2秒窗口内的样本上。***进一步存储该瞬态特征和/或瞬态时间区间。
在根据本发明的进一步的实施例中，瞬态特征和正/负尖峰特征定义事件签名。优选地，由该原位处理单元(1)发送给服务器(4)的数据分组包括事件签名。
优选地，由该原位处理单元(1)发送给服务器(4)的数据分组包括40个数字的字符串，或60个数字的字符串，或80个数字的字符串，或100个数字的字符串，优选地，该数据分组包括120个数字的字符串。
在优选的实施例中，原位处理单元(1)进一步包括用于向服务器(4)发送数据的无线通信接口(7)，或者该原位处理单元(1)包括通过有线连接向服务器(4)发送数据的装置。此类无线通信接口可以是网卡、蓝牙接口、红外(IR)接口或类似接口。
优选地，服务器(4)进一步包括第二处理单元(9)和存储单元(10)。第二处理单元(9)包括用于使用接收到的(诸)事件签名来应用不同数学函数(诸如电子设备和/或电气设备检测函数)的装置。优选地，该第二处理单元(9)能够根据接收自原位处理单元(1)的每个数据分组的各特征参数的函数，诸如ΔPh,0N,Ppeak,Δtpeak来向每一个数据分组指派具体电子设备和/或电气设备。所获得的结果进一步存储在该服务器(4)的该存储单元(10)中。因为，部分分析是在原位处理单元(1)上执行的，所以服务器(4)的能力被以最大潜力使用，并且仅在为了更复杂的分析时才要求更强的计算特征。
优选地，该第二处理单元(9)包括用于将具有类似特征参数的不同数据分组归类成群集的装置，以及优选地用于向原位处理单元(1)的该第一处理单元(6)发送该群集的装置。
在根据本发明的另一实施例，这些数学函数使得服务器(4)由于以下原因而在接收到的事件签名集合内找到类似的事件签名：相对而言相同的正/负尖峰幅值(Ppeak)、相对而言相同的正/负尖峰历时(Δtpeak)、相对而言相同的瞬态特征、相对而言相同的正/负尖峰后的稳定特征，或者类似。在找到类似的事件签名后，群集中存在进一步的归类。
在根据本发明的优选的实施例中，一个群集内的事件在瞬态特征内具有公共字符串。进一步优选的是该服务器(4)使用此类公共字符串来定义群集。
为了确定事件是否是现有群集的一部分，***优选地使用通过在事件的瞬态特征和每个现有群集的瞬态特征之间应用相似性函数(优选地，通过使用以下给出的公式)来进行的比较。优选地，该事件的瞬态特征和/或该群集的瞬态特征是以下形式的：100个样本长，或60个样本长，或70个样本，或83个样本长，优选地80个样本长的维度矢量。
进一步，***通过应用以下公式来计算角相似性： 若该角相似性的结果为1，那么该***进一步标识匹配，这进一步由该***转译为对应于事件信号的两个波形和对应于该群集的波形的相似形状。在又进一步的步骤中，该***进一步在这两个波形的平均功率的幅值上应用比较函数。若该比较的结果为正，那么***标识匹配。优选地，***为此类比较考虑5％和30％之间的容限，优选地为20％，更为优选地为10％。进一步，该容限可以取决于事件功率幅值(例如，在具有小于或等于100W的功率汲取的设备事件上使用15％，而在设备具有超过1500W功率的情况下使用5％作为容限)。
在根据本发明的另一实施例中，***通过使用瞬态特征的中心和/或现有群集的中心来使用如先前所解释的比较。
在根据本发明的另一优选实施例中，通过比较瞬态时间和/或最小/最大尖峰幅值(Ppeak)，事件被认为是相关群集的一部分。
在根据本发明的另一实施例中，若***通过应用如先前所描述的分析而标识了30％(优选地20％，更为优选地10％)容限内的2个或更多群集，那么该***选择具有最高相似性的群集。
在根据本发明的优选的实施例中，为了事件的更快速的分析，该第二处理单元(9)(服务器(4)的一部分)进一步包括将每个群集的该公共字符串发送回原位处理单元(1)的第一处理单元(6)的装置。进一步，该原位处理单元(1)将该公共字符串存储在存储单元上。此类存储单元选择包括以下各项的组：闪存存储器、ROM、EPROM、EEPROM、DRAM、SRAM或其任何组合。
在根据本发明的优选的实施例中，服务器(4)执行现有签名的周期性分析，从而消除由于大量工作时间内遇到的相对小的差异而产生的重复签名。优选地，此类分析的结果被进一步用于更新现有群集。进一步，此类更新被优选地发送到原位处理单元(1)并且存储于其上。
在根据本发明的进一步实施例中，在确定事件签名之后，原位处理单元(1)比较此类事件签名与所存储的群集，并且若此类群集被标识，那么发送给服务器(4)的数据分组包括事件签名和所标识的群集。在群集未被标识的情况下，发送给服务器的数据分组包括事件签名。进一步的群集分析由该服务器(4)来执行。
在根据本发明的优选的实施例中，服务器(4)和原位处理单元(1)之间的通信被无线地完成。
在根据本发明的另一实施例中，这些群集进一步由服务器(4)使用以定义异常负载分量，该奇异负载分量定义电子设备和/或电气设备。
在根据本发明的另一实施例中，在签名检测算法检测到事件之后，与该服务器(4)的通信链路被建立，并且该原位处理单元(1)发起去往服务器(4)的数据传输。
在根据本发明的另一实施例中，应用在原位处理单元(1)上以供测量/监视功率相关参数X的采样速率在1-16kHz之间(优选地在1-10kHz之间，更为优选地在3-5kHz之间)选择。
通常，取决于国家标准和采用的标准，在供电电缆上测得的电信号的频率是50Hz或60Hz，并且选择1-16kHz的采样速率确保了发送到服务器(4)的数据量不是过大的，保持原位处理单元(1)和服务器(4)二者的最小技术要求。同时，此类采样速率确保发送给服务器(4)的数据量提供了足够的信息以供执行功率参数的准确分析。
在根据本发明的进一步的实施例中，采样速率被选择在3-5kHz之间。此类值消除了热噪声更改功率数据的风险，以及允许原位处理单元(1)上更快且更准确的分析。
在根据本发明的进一步的实施例中，服务器(4)进一步包括用于在一段时间内(例如一周、一月、一年内或类似)存储时间签名的装置。进一步，服务器(4)基于该事件签名执行能耗的图表，促成对一段时间内房屋或公寓或建筑内能耗的非常准的分析。
在根据本发明的另一实施例中，服务器(4)进一步测量对应于***上电源且工作长达大量时间段的设备的“常启”能耗，并且进一步存储此类测量。
在另一实施例中，该“常启”能耗包括涉及“无负载”能耗的功率数据，该“无负载”能耗诸如当设备被关闭，但是***检测到相对小的消耗(因为设备保持***上电源)时的消耗。在根据本发明的进一步的实施例中，服务器(4)是云服务器(4)。优选地，此类服务器(4)从至少一个位置(像房屋或公寓)接收事件签名。更为优选地，服务器(4)从多个位置接收事件签名并且为每个位置执行一时间段内的能耗的准确分析。
在进一步的实施例中，根据本发明的***的用户通过输入用户名和密码在该服务器(4)上创建账户。此类用户进一步将安装在他的/她的房屋或公寓的入口处的原位处理单元(1)链接到创建在该服务器(4)上的账户。
优选地，用户允许原位处理单元(1)搜集数据长达特定时间段以及接入服务器(4)上的他的/她的账户以检索有关所选时间段的消耗图表。在请求之际，服务器(4)提供涉及以下各项的数据：事件开始时的日期或小时的时刻，和/或事件期间的功率特征，和/或事件结束时的日期或小时的时刻。基于接收到的数据，用户命名各电器，诸如：照明设备、冰箱、计算机、洗衣机、充电器或类似。在用户命名设备之后，这些信息被进一步比照事件签名群集来存储在服务器(4)上。因此，当服务器(4)检测到对应于先前命名的设备事件签名时，此类服务器(4)将会直接指示设备名。优选地，根据本发明的设备持续学习房屋或公寓内的设备。在检测到新事件签名的情况下，服务器(4)向用户提供涉及以下各项的数据：事件开始时的日期或小时中的时刻，和/或事件期间的功率特征，和/或事件结束时的日期或小时中的时刻，因此帮助用户标识并命名该设备。为了准确概览消耗以及准确检测设备，用户优选地每天，或每周，或每两周，或每月执行此类分析。
在另一实施例中，根据本发明的***按以下辅助方式学习房屋内的设备。用户安装根据本发明的原位处理单元(1)以及开启/关闭他房屋内的每个设备。优选地，用户开启/关闭他房屋内的每个设备两次以供更为准确的分析。进一步，根据本发明的***确定房屋内的每个设备的签名，以及用户可以进一步简单地相应命名每个设备。在根据本发明的还有另一个实施例中，服务器(4)包括设备数据库，该设备数据库包括涉及设备在房屋内日常使用的消耗数据。进一步，该设备检测通过与该数据库进行比较来自动执行。
在根据本发明的优选的实施例中，当用户开启/关闭他/她房屋内的电子设备和/或电气设备时，此类事件将会在小于20秒之后，或在小于10秒之后，优选地，在小于5秒之后在他/她的账户上可见，更为优选地，该改变将会实时可见。在根据本发明的进一步的实施例中，用户可以登录他的账户并且向服务器(4)查询一段时间内的完整分析，诸如一天或一周或一月或多月的完整消耗。服务器(4)可以通过图表或者连续文本行来输出此类分析并且将会向用户提供涉及设备开启和/或关闭的时刻、该特定设备在工作时的消耗特征的细节。进一步，服务器(4)可以输出特定小时期间的能耗的一般分析以及对于此类能耗负有责任的设备，或者服务器可以输出一天、一周、一月或多月内的能耗的此类一般分析。
在根据本发明的另一实施例中，用户登录他/她的账号并且向服务器(4)查询一段时间内的完整分析。此类分析提供了涉及该时间段内已经使用的设备的完整消耗特征，诸如：设备开启/关闭的时刻和/或每个设备在其工作时段内的消耗特征和/或待机类型工作(诸如个人计算机整夜连接到电源而未从用户接收命令的情形)期间的消耗特征。
在根据本发明的另一实施例中，用户能够通过使用具有活跃因特网连接的任何类型的设备(11)(诸如，移动电话、平板计算机、桌面计算机、膝上型计算机或类似)从远程位置登录他/她的账户。即使用户不邻近设备，他/她将能够实时看到在设备被安装的位置处有什么设备在工作以及此类设备的消耗特征。
在根据本发明的进一步的实施例中，该设备可以连接到主供电电缆以及连接到传输来自太阳能面板的能量的供电电缆。进一步，一旦该用户登录他/她的账户，他/她将能够访问涉及来自太阳能面板的功率、消耗特征和/或“常启”消耗特征的数据。
在根据本发明的另一实施例汇总，该设备进一步包括RF(射频)模块，允许用户从远程位置开启/关闭设备。
在根据本发明的另一实施例中，服务器(4)创建了此类设备所安装的房屋或公寓内功率使用的模式。该模式被理解为对于未来一段时间的估计以及基于过去的消耗特征和/或季节和/或天气预报和/或留在房屋或公寓内的人数来创建的。进一步，此类模式被创建用于估计明天或下周或下月或下季度或明年内的消耗。
在进一步的实施例中，用户提供涉及电能的价格的数据，以及***进一步基于电能的估计消耗和实际价格来创建花费估计。基于此类计算，用户被告知所需的能量数量以及未来的花费。
本发明进一步涉及一种用于监视电子设备和/或电气设备的使用的方法，其包括以下步骤：测量/监视主供电电缆上的功率相关参数，该测量/监视由根据本发明的能量管理***的测量单元(2,3,5)部分执行并且该***优选地安装在房屋或公寓或大楼的入口处，在电表之后。该方法进一步包括以下步骤，在第一处理单元(6)上通过应用用于检测涉及开启/关闭电子设备和/或电气设备的事件是否发生以及以用于表征该事件的签名检测算法来处理该功率相关参数，发起去往服务器(4)的数据传输，向服务器(4)传输数据分组，该数据分组包括该签名检测算法的输出，其特征在于该方法进一步仅在检测到此类事件的情况下传输数据分组。因为该数据传输是在检测到签名时发起的，所以根据本发明的方法是高效的并且进一步的特征在于原位处理单元(1)、服务器(4)的最优使用，以及在其上发起该数据传输的通信链路的最优使用。因为此类通信链路受到扰动或不工作的风险被最小化，所以其进一步确保了执行准确的分析。优选地，原位处理单元(1)执行至少以下步骤：
(A)通过测量单元(2,3,5)将主供电电缆上的功率相关参数集合X作为时间t的函数进行测量和监视；
在处理单元上通过应用签名检测算法来处理该功率相关参数，其通过以下步骤进行：(a)从包括在[ti,tj+1]之间的时间区间Δti内测得的功率相关参数集合Xi的值计算功率值Pi；(b)计算时间区间Δtj＝[tj,tj+1]处的功率值Pj和时间区间Δti＝[ti,ti+1]tj处的功率值Pi之间的功率变化ΔΡi＝Pj-Pi，其中tj>ti；(c)比较功率变化值ΔΡi和参考值ΔPref，并且在ΔΡi>ΔPref的情况下定义事件在时间ti和tj+1之间发生，否则功率参数集合Xi就被认为在时间ti和tj+1之间是稳定的。当且仅当事件在ti和tj+1之间发生时，该处理单元进一步如以下处理数据：(d)定义事件区间[th,0,th,N+1]，其中th,0<ti<tj+1<th,N+1，包括事件前区间Δth,0＝[th,0,th,1]和事件后区间Δth,N＝[th,N,th,N+1]，从而功率参数集合Xh,0和Xh,N分别在事件前区间和事件后区间二者中都是稳定的；(e)计算各个事件区间Δth,0和Δth,N内的功率值Ph,0和Ph,N，以及计算变化ΔPh,0N＝Ph,N-Ph,0；
(C)向服务器(4)传输包括该变化ΔPh,0N的数据分组。
在根据本发明的优选的实施例中，该签名检测算法包括：尖峰参数和/或尖峰后的功率参数。此类参数被进一步发送到服务器(4)以供进一步分析。
在根据本发明的优选的实施例中，该服务器(4)包括第二处理单元(9)，该第二处理单元(9)能够执行根据接收自原位处理单元(1)的每个数据分组的各特征参数(诸如ΔPh,0N,Ppeak,Δtpeak)来向这些数据分组中的每一者指派具体电子设备和/或电气设备的步骤。此类函数帮助用户分析一段时间内(像一天内，或一周内，或一月内，或数月内)的能耗。
优选地，该签名检测算法的输出包括表示尖峰参数的数字字符串，这些尖峰参数诸如尖峰的幅值Ppeak、ΔPh,0N和/或尖峰的历时Δtpeak，和/或比较的输出(定义为瞬态特征)。
在根据本发明的另一优选实施例中，该第二处理单元(9)进一步包括将具有类似特征参数的不同数据分组归类成群集的步骤，以及优选地用于向原位处理单元(1)的该第一处理单元(6)发送该群集的步骤。
本发明进一步针对一套零件包，包括如本文中定义的原位处理单元(1)和如本文中定义的服务器(4)。
在进一步的实施例中，该套零件包包括原位处理单元(1)，该原位处理单元(1)包括测量单元，该测量单元包括适于测量主供电电缆上的功率参数的传感器(2)，该传感器(2)适配成钳在该供电电缆周围，主板，其包括与该传感器出于通信的处理器单元并且能够从该传感器(2)接收数据，该主板进一步包括用于与该服务器(4)通信的无线接口(7)，用于控制无线接口(7)上的经处理的功率数据的传输的开始和结束的控制器。
在根据本发明的另一实施例中，该套零件包包括原位处理单元(1)，该原位处理单元(1)包括：适于测量主供电电缆上的功率参数的传感器(2)，该传感器(2)适配成钳在该供电电缆周围，适于测量第二主供电电缆上的功率参数的传感器(2)，该传感器(2)适配成钳在功率电缆周围，包括处理器单元和无线接口(7)的主板，该主板从该传感器(2)接收数据。在根据本发明的优选的实施例中，该第二主供电电缆用于传输来自太阳能面板的能量。
示例1：确定事件签名
传感器(2)在房屋的入口处钳在主供电电缆周围，其位于电表后及保险丝盒前。该电缆上的电信号的特征在于50Hz或60Hz的频率。
原位处理单元(1)通过该传感器(2)和功率电缆(3)用4kHz的采样速率测量/监视功率特征，诸如该电缆上的电流和电压。这些样本进一步由24位ADC(5)(模数转换器)处理并且结果被随后发送给第一处理单元(6)。如先前在本文中所给出的，该第一处理单元(6)进一步在包括来自ADC(5)的样本的两个连贯窗口上实时应用统计T测试。若绝对值大于35，那么第一处理单元(6)标识事件发生并且进一步记录尖峰历时(Δtpeak)和尖峰的最小或最大振幅(Ppeak)，诸如：若此类事件定义了设备的开启，那么该处理单元存储该尖峰的最大振幅，而若此类事件定义了设备的关闭，那么该处理单元存储该尖峰的最小振幅。
若检测到事件，那么包括在从尖峰前开始的1秒窗口中的值被进一步通过应用FFT或求平均函数来处理以供确定在此类事件发生之前的平均功率曲线。
用于确定事件后平均功率曲线的相同方法被应用到尖峰结束后的1秒窗口。
这两个平均功率曲线之间的差定义了瞬态特征的中心。此类特征形成了83个数字的字符串。该功率区间被定义在一个电压周期中。对于50Hz电信号来说，该电压周期为20ms，对于60Hz电信号来说，该电压周期为6ms。
瞬态特征连同尖峰的历时(Δtpeak)和该尖峰的最小/最大振幅(Ppeak)一起定义了事件签名。
示例2：在单相功率电缆(图1)上测量/监视功率参数
传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在主供电电缆周围，其位于电表后，保险丝盒前。此类传感器(2)通过电缆连接到原位处理单元(1)。原位处理单元(1)进一步被通过功率电缆(3)连接到常规电源，诸如连接到该房屋或公寓内发现的常规电插座。
优选地，该原位处理单元(1)通过该传感器(2)接收涉及电流的数据，以及通过功率电缆(3)接收涉及电压的数据。
该主供电电缆上的信号的特征在于210-230V的电压和50Hz的频率。
原位处理单元(1)通过该传感器(2)和功率电缆(3)用在3-5kHz之间选择的采样速率持续测量/监视该供电电缆上的功率参数，诸如电流、电压或这些样本通过使用ADC(5)(该原位处理单元(1)的一部分)被进一步转换成数字数据。如先前在本文中解释的，ADC(5)的结果进一步由第一处理单元(6)(该原位处理单元(1)的一部分)通过应用数学函数(诸如双窗口技术或滑动窗口技术)分析，从而标识诸如开启/关闭房屋或公寓内的电子设备和/或电气设备的事件。在房屋或公寓内电子设备和/或电气设备被开启的情况下，第一处理单元(6)会标识长达小时间段的能耗的显著升高，其后跟随能耗向稳定区的下降。
在电子设备和/或电气设备被开启的情况下，第一处理单元(6)存储涉及尖峰的数据(诸如信号的最大振幅和/或尖峰的历时Δtpeak(直到能耗达到稳定特征))，和/或来自尖峰前的功率特征和/或来自尖峰后的功率特征。第一处理单元(6)进一步执行来自尖峰后的功率特征和来自尖峰前的功率特征之间的比较，并且存储此类比较的结果，该特征被称为瞬态特征。
优选地，此类比较在1秒的两个窗口上执行，一个窗口选择在紧接在尖峰之后且第二窗口选择在紧挨在尖峰之前。每个窗口包括以50Hz 80个样本定义的，具有20ms的周期间隔的电压周期。第一处理单元(6)进一步创建包括比较的结果的83个数字的字符串，以及进一步创建了包括关于尖峰特征(诸如，尖峰的最大/最小振幅Ppeak，和/或尖峰历时Δtpeak)的数据以及该比较的结果的120个数字的字符串。此类120个数字的字符串定义了开启的设备的功率签名，并且因为此类设备将具有显著类似的尖峰特征和/或比较结果，在相同的设备每次被开启时，将会创建类似的120个数字的字符串。
在电子设备和/或电气设备关闭的情况下，第一处理单元(6)在能耗定义相对稳定的特征时，存储涉及设备被关闭之前的功率特征的数据，和/或当能耗再次定义了相对稳定的特征时存储涉及设备被关闭之后的功率特征的数据。第一处理单元(6)进一步执行此类功率特征(称为瞬态特征)间的比较。第一处理单元(6)进一步创建了包括比较的结果的83个数字的字符串。
若一旦该电器设备被关闭，***标识了尖峰，那么其将会进一步存储该尖峰的最小振幅和/或该尖峰的历时，Δtpeak。第一处理单元(6)进一步执行来自尖峰后的功率特征和来自尖峰前的功率特征之间的比较，并且存储此类比较的结果。第一处理单元(6)进一步创建了包括有关尖峰特征(诸如尖峰的最小振幅和/或尖峰的历时Δtpeak)和该比较的结果的120个数字的字符串。此类120个数字的字符串定义了关闭的设备的功率签名，并且因为此类设备将具有显著类似的尖峰特征和/或比较结果，在相同的设备每次被关闭时，将会创建类似的120数字字符串。
进一步，原位处理单元(1)向在远程位置的服务器(4)以创建时的原样发送数字字符串。此类通信通过无线接口(7)来完成。
服务器(4)进一步通过根据波形的类似形状，和/或平均功率的类似幅值，和/或类似的瞬态时间，和/或尖峰的最小/最大振幅(Ppeak)，和/或其组合来将接收到的字符长归类到群集中来分析接收到的字符串。为了在电子设备/电气设备将再次开启时快速标识此类设备，群集被进一步由服务器(4)发送给原位处理单元(1)并存储于其上。在进一步的步骤中，当原位处理单元(1)标识电子设备/电气设备被开启时，其将首先比较所创建的数字字符串和所存储的当前群集，并且在阳性匹配的情况下，其将会将该数字字符产与所标识的群集一起发送给服务器(4)以供进一步分析。在该比较不提供匹配的情况下，原位处理单元(1)将仅向服务器(4)发送数字字符串。
优选地，原位处理单元(1)还要测量/监视主供电电缆上的功率参数长达一周或甚至十天。在该时段期间，服务器(4)将会存储针对被开启/关闭的电子设备和/或电气设备的细节，诸如：每个设备的能耗以及其被开启和/或关闭的时刻。
优选地，用户访问此类数据并且基于所存储的细节来标识个体电子设备和/或电气设备。一旦此类设备被命名，服务器(4)将在下次它们将开启/关闭时自动识别它们。
用户可以进一步针对检索一周或一月或数月内的能耗的统计图表。此类图表可以进一步提供针对关于特定设备的能耗特征与先前的特征的改变的信息，该信息指示此类设备在不久的未来的可能发生的故障或者甚至是损坏。
由于此类分析，用户可以进一步调节特定设备工作的时间区间或者甚至意识到电子设备和/或电气设备何时在没有任何特定需要的情形下工作，并且作为结果显著地减小能耗和成本。
示例3：在单相功率电缆(图1)上测量/监视功率参数
传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在主供电电缆周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。此类传感器(2)通过电缆连接到原位处理单元(1)。原位处理单元(1)进一步被通过功率电缆(3)连接到常规电源，诸如连接到该房屋或公寓内发现的常规电插座。
该主供电电缆上的信号的特征在于110-130V的电压和60Hz的频率。
原位处理单元(1)通过该传感器(2)和功率电缆(3)用3-5kHz的采样速率持续测量/监视该供电电缆上的功率参数，诸如电流、电压或这些样本通过使用ADC(5)(该原位处理单元(1)的一部分)被进一步转换成数字数据。ADC(5)的结果进一步由第一处理单元(6)(该原位处理单元(1)的一部分)通过应用数学函数(诸如双窗口技术或滑动窗口技术)分析，从而标识诸如开启/关闭房屋或公寓内的电子设备和/或电气设备的事件。
功率数据被进一步以基本与示例2中所给出的相同的方式来进一步分析。
示例4：在双相功率电缆(图2)上测量/监视功率参数
第一传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在主供电电缆的第一相周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。第二传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在该主供电电缆的第二相周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。每个传感器(2)通过电缆连接到原位处理单元(1)。原位处理单元(1)进一步被通过功率电缆(3)连接到常规电源，诸如连接到该房屋或公寓内发现的常规电插座。
该主供电电缆上的信号的特征在于110-130V的电压和60Hz的频率。
原位处理单元(1)通过传感器(2)和功率电缆(3)用3-5kHz的采样速率持续测量/监视该供电电缆上的功率参数，诸如电流、电压或这些样本通过使用ADC(5)(该原位处理单元(1)的一部分)被进一步转换成数字数据。ADC(5)的结果进一步由第一处理单元(6)(该原位处理单元(1)的一部分)通过应用数学函数(诸如双窗口技术或滑动窗口技术)分析，从而标识诸如开启/关闭房屋或公寓内的电子设备和/或电气设备的事件。
功率数据被进一步以基本与示例2中所给出的相同的方式来进一步分析。
示例5：测量/监视单相功率电缆和传输来自太阳能面板的能量的功率电缆(图2) 上的功率参数
传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在主供电电缆周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。此类传感器(2)通过电缆连接到原位处理单元(1)。原位处理单元(1)进一步被通过功率电缆连接到常规电源，诸如连接到该房屋或公寓内发现的常规电插座。
第二传感器(2)钳在传输来自太阳能面板的电力的供电电缆周围，其位于电表之后且位于保险丝盒之前。此类传感器(2)通过电缆连接到该原位处理单元(1)。
原位处理单元(1)通过传感器(2)和功率电缆(3)用3-5kHz之间的采样速率持续测量/监视这两个供电电缆上的功率参数，诸如电流、电压或 这些样本通过使用ADC(5)(该原位处理单元(1)的一部分)被进一步转换成数字数据。ADC(5)的结果进一步由第一处理单元(6)(原位处理单元(1)的一部分)通过应用数学函数(诸如双窗口技术或滑动窗口技术)分析，从而标识诸如开启/关闭房屋或公寓内的电子设备和/或电气设备的事件。
功率数据被进一步以基本与示例2中所给出的相同的方式来进一步分析。
在来自太阳能面板的电力与来自常规电源(诸如发电厂)的电力并行使用时，此类分析提供了房屋或公寓内的能耗的准确且完整的分析。
示例6：测量/监视双相功率电缆和传输来自太阳能面板的能量的功率电缆上的功 率参数
第一传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在主供电电缆的第一相周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。第二传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在该主供电电缆的第二相周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。每个传感器(2)通过电缆连接到原位处理单元(1)。原位处理单元(1)进一步被通过功率电缆(3)连接到常规电源，诸如连接到该房屋或公寓内发现的常规电插座。
第三传感器(2)钳在传输来自太阳能面板的电力的供电电缆周围，其位于电表之后且位于保险丝盒之前。此类传感器(2)通过电缆连接到该原位处理单元(1)。
原位处理单元(1)通过传感器(2)和功率电缆(3)用3-5kHz之间的采样速率持续测量/监视这两个供电电缆上的功率参数，诸如电流、电压或 这些样本通过使用ADC(5)(该原位处理单元(1)的一部分)被进一步转换成数字数据。ADC(5)的结果进一步由第一处理单元(6)(该原位处理单元(1)的一部分)通过应用数学函数(诸如双窗口技术或滑动窗口技术)分析，从而标识诸如开启/关闭房屋或公寓内的电子设备和/或电气设备的事件。
功率数据被进一步以基本与示例2中所给出的相同的方式来进一步分析。
在来自太阳能面板的电力与来自常规电源(诸如发电厂)的电力并行使用时，此类分析提供了房屋或公寓内的能耗的准确且完整的分析。
示例7：测量/监视三相功率电缆和传输来自太阳能面板的能量的功率电缆上的功 率参数
第一传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在主供电电缆的第一相周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。第二传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在该主供电电缆的第二相周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。第三传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在该主供电电缆的第三相周围，其位于电表后，保险丝盒前。每个传感器(2)通过电缆连接到原位处理单元(1)。原位处理单元(1)进一步被通过功率电缆(3)连接到常规电源，诸如连接到该房屋或公寓内发现的常规电插座。
第四传感器(2)钳在传输来自太阳能面板的电力的供电电缆周围，其位于电表之后，保险丝盒之前。此类传感器(2)通过电缆连接到该原位处理单元(1)。
原位处理单元(1)通过传感器(2)和功率电缆(3)用3-5kHz之间的采样速率持续测量/监视这两个供电电缆上的功率参数，诸如电流、电压或 这些样本通过使用ADC(5)(该原位处理单元(1)的一部分)被进一步转换成数字数据。ADC(5)的结果进一步由第一处理单元(6)(原位处理单元(1)的一部分)通过应用数学函数(诸如双窗口技术或滑动窗口技术)分析，从而标识诸如开启/关闭房屋或公寓内的电子设备和/或电气设备的事件。
功率数据被进一步以基本与示例2中所给出的相同的方式来进一步分析。
在来自太阳能面板的电力与来自常规电源(诸如发电厂)的电力并行使用时，此类分析提供了房屋或公寓内的能耗的准确且完整的分析。
示例8：测量/监视三相功率电缆和传输来自太阳能面板的能量的三相功率电缆上 的功率参数
第一传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在主供电电缆的第一相周围，其位于电表后且位于保险丝盒前。第二传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在该主供电电缆的第二相周围，其位于电表后，保险丝盒前。第三传感器(2)在房屋或公寓的入口处钳在该主供电电缆的第三相周围，其位于电表后，保险丝盒前。每个传感器(2)通过电缆连接到原位处理单元(1)。原位处理单元(1)进一步被通过功率电缆(3)连接到常规电源，诸如连接到该房屋或公寓内发现的常规电插座。
第四传感器(2)钳在传输来自太阳能面板的电力的供电电缆的第一相周围，其位于电表之后，保险丝盒之前。第五(2)传感器(2)钳在传输来自太阳能面板的电力的供电电缆的第二相周围，其位于电表之后，保险丝盒之前。第六传感器(2)钳在传输来自太阳能面板的电力的供电电缆的第三相周围，其位于电表之后，保险丝盒之前。每个传感器(2)通过电缆连接到该原位处理单元(1)。
原位处理单元(1)通过传感器(2)和功率电缆(3)用3-5kHz之间的采样速率持续测量/监视这两个供电电缆上的功率参数，诸如电流、电压或 这些样本通过使用ADC(5)(该原位处理单元(1)的一部分)被进一步转换成数字数据。ADC(5)的结果进一步由第一处理单元(6)(该原位处理单元(1)的一部分)通过应用数学函数(诸如双窗口技术或滑动窗口技术)分析，从而标识诸如开启/关闭房屋或公寓内的电子设备和/或电气设备的事件。
功率数据被进一步以基本与示例2中所给出的相同的方式来进一步分析。
在来自太阳能面板的电力与来自常规电源(诸如发电厂)的电力并行使用时，此类分析提供了房屋或公寓内的能耗的准确且完整的分析。
下表列出了附图中和本文中使用的附图标记和缩写：

Claims (21)

1.一种包括原位处理单元(1)的能量管理***，所述原位处理单元(1)包括
(a)能够测量主供电电缆上的功率相关参数集合的测量单元(2,3,5)；
(b)第一处理单元(6)，其能够通过应用用于检测涉及开启或关闭电子设备和/或电气设备的事件以及用于表征所述事件的签名检测算法处理所述功率相关参数；
(c)用于向服务器传输数据分组的装置，所述数据分组包括所述签名检测算法的输出；
其特征在于，所述处理单元仅在检测到此类事件的情况下触发数据分组的传输。
2.如权利要求1所述的能量管理***，其特征在于，所述原位处理单元(1)包括：
(A)测量单元(2,3,5)，其能够将主供电电缆上的功率相关参数集合X作为时间t的函数进行测量和监视；
(B)第一处理单元(6)，其能够通过应用签名检测算法来处理功率相关参数，包括：
(a)a)从包括在[ti,ti+1]之间的时间区间Δti内测得的功率相关参数集合Xi的值计算功率值Pi；
(b)计算时间区间Δtj＝[tj,tj+1]处的功率值Pj和时间区间Δti＝[ti,ti+1]tj处的功率值Pi之间的功率变化ΔΡi＝Pj-Pi，其中tj>ti；
(c)比较所述功率变化值ΔΡi和参考值ΔPref，并且在ΔΡi>ΔPref的情况下定义在时间ti和tj+1之间发生事件，否则所述功率参数集合Xi就被认为在时间ti和tj+1之间是稳定的；
当且仅当事件在ti和tj+1之间发生时，所述处理单元进一步如以下处理数据：
(d)定义事件区间[th,0,th,N+1]，其中th,0<ti<tj+1<th,N+1，包括事件前区间Δth,0＝[th,0,th,1]和事件后区间Δth,N＝[th,N,th,N+1]，从而功率参数集合Xh,0和Xh,N分别在事件前区间和事件后区间二者中都是稳定的；
(e)计算各个事件区间Δth,0和Δth,N内的功率值Ph,0和Ph,N，以及计算变化ΔPh,0N＝Ph,N-Ph,0；
(C)用于向服务器(4)传输包括所述变化ΔPh,0N的数据分组的装置。
3.如权利要求2所述的能量管理***，其特征在于，所述功率相关参数集合X包括选自以下任意一者或多者的数据：电压U、电流I、U,I相位差
4.如权利要求2或3所述的能量管理***，其特征在于，所述功率值Pi、Pj是n维向量的形式，其中向量中的n值在一个完整电压循环期间对功率曲线进行建模。
5.如权利要求2到4中的任一项所述的能量管理***，其特征在于,用于定义事件是否在时间ti和tj+1之间发生的功率变化值ΔΡi＝Pj-Pi由T测试Τ(Δti,Δtj)来确定，该Τ(Δti,Δtj)被定义为分别在区间Δti和Δtj中的不同时间测得的功率值的算术平均数之间的差，除以该功率值的方差和除以在两个区间Δti和Δtj二者中测得的功率值的总数n的平方根：
T ( &Delta;t i , &Delta;t j ) = P &Delta;t i &OverBar; - P &Delta;t j &OverBar; &sigma; &Delta;t i 2 + &sigma; &Delta;t j 2 n .
6.如权利要求2到5中的任一项所述的能量管理***，其特征在于，所述时间区间Δti和Δtj是连贯的，即ti+1＝tj。
7.如权利要求2到6中任一项所述的能量管理***，其特征在于，所述，事件区间[th，0,th,N+1]被分成具有相等时间历时的N+2个连贯事件子区间：Δth,0,Δth,1,....,Δth,i,Δth,i+1,...,Δth,N,Δth,N+1。
8.如前述权利要求中任一项所述的能量管理***，其特征在于，所述签名检测算法的输出包括表示尖峰参数的数字字符串，所述尖峰参数诸如：尖峰的振幅Ppeak、ΔPh,0N、尖峰的历时Δtpeak、和/或所述比较的输出(定义为瞬态特征)。
9.如前述权利要求中任一项所述的能量管理***，其特征在于，所述***包括服务器(4)，所述服务器(4)包括用于接收由所述原位处理单元(1)传输的数据分组的通信接口。
10.如权利要求8或9所述的能量管理***，其特征在于，所述服务器(4)包括第二处理单元(9)，所述第二处理单元(9)能够根据接收自所述原位处理单元(1)的每个数据分组的诸如ΔPh,0N、Ppeak、Δtpeak之类的各特征参数来向这些数据分组中的每一者指派具体电子设备和/或电气设备。
11.如权利要求9所述的能量管理***，其特征在于，所述第二处理单元(9)进一步包括用于将具有类似特征参数的不同数据分组归类成群集的装置，以及优选的用于向所述原位处理单元(1)的所述第一处理单元(6)发送所述群集的装置。
12.如前述权利要求中任一项所述的能量管理***，其特征在于，所述功率相关参数集合X是以包括在1-16kHz之间的采样速率测量/监视的。
13.如权利要求9-12中任一项所述的能量管理***，其特征在于，所述服务器(4)进一步执行随时间的能耗分析。
14.一种用于监视电子设备和/或电气设备的使用的方法，包括以下步骤：
-测量/监视主供电电缆上的功率相关参数，所述测量/监视由根据前述权利要求中的任一项的能量管理***的测量单元(2,3,5)部分来执行，
-通过应用用于检测涉及开启或关闭电子设备和/或电气设备的事件是否发生以及用于表征该事件的签名检测算法来在所述第一处理单元(6)上处理所述功率相关参数；
-发起去往服务器(4)的数据传输
-向服务器传输数据分组，所述数据分组包括所述签名检测算法的输出
其特征在于，所述方法进一步包括仅在检测到此类事件的情况下触发数据分组的传输。
15.如权利要求14所述的用于监视电子设备和/或电器设备的方法，其特征在于，原位处理单元(1)至少执行以下步骤：
(A)通过测量单元(2,3,5)将主供电电缆上的功率相关参数集合X作为时间t的函数进行测量和监视；
在处理单元上通过应用签名检测算法来处理该功率相关参数，其至少通过以下步骤进行：
(a)从包括在[ti,ti+1]之间的时间区间Δti内测得的功率相关参数集合Xi的值计算功率值Pi；
(b)计算时间区间Δtj＝[tj,tj+1]处的功率值Pj和时间区间Δti＝[ti,ti+1]tj处的功率值Pi之间的功率变化ΔΡi＝Pj-Pi，其中tj>ti；
(c)比较所述功率变化值ΔΡi和参考值ΔPref，并且在ΔΡi>ΔPref的情况下定义事件在时间ti和tj+1之间发生，否则所述功率参数集合Xi就被认为在时间ti和tj+1之间是稳定的；
当且仅当事件在ti和tj+1之间发生时，所述处理单元进一步如以下处理数据：
(d)定义事件区间[th,0,th,N+1]，其中th,0<ti<tj+1<th,N+1，包括事件前区间Δth,0＝[th,0,th,1]和事件后区间Δth,N＝[th,N,th,N+1]，从而功率参数集合Xh,0和Xh,N分别在事件前区间和事件后区间二者中都是稳定的；
(e)计算各个事件区间Δth,0和Δth,N内的功率值Ph,0和Ph,N，以及计算变化ΔPh,0N＝Ph,N-Ph,0；
(C)向服务器(4)传输包括该变化ΔPh,0N的数据分组。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述服务器(4)包括第二处理单元(9)，所述第二处理单元(9)能够执行根据接收自所述原位处理单元(1)的每个数据分组的诸如ΔPh,0N、Ppeak、Δtpeak之类的各特征参数来向这些数据分组中的每一个指派具体电子设备和/或电气设备，的步骤。
17.如权利要求14-16中任一项所述的方法，其特征在于，所述签名检测算法的输出包括表示：尖峰参数的数字字符串，所述尖峰参数诸如尖峰的振幅Ppeak、ΔPh,0N和/或尖峰的历时Δtpeak，和/或比较的输出(定义为瞬态特征)。
18.如权利要求14-16中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二处理单元(9)进一步包括将具有类似特征参数的不同数据分组归类成群集的步骤，以及优选的用于向所述原位处理单元(1)的所述第一处理单元(6)发送该群集的步骤。
19.一套零件包，包括：
-如权利要求1中所定义的原位处理单元(1)
-如权利要求9,10,11,13中任一项所定义的服务器(4)。
20.如前述权利要求中所述的包括原位处理单元(1)的一套零件包，所述原位处理单元(1)包括：
-测量单元，所述测量单元包括适于测量主供电电缆上的功率参数的传感器(2)，所述传感器(2)适配成钳在所述供电电缆周围
-主板，其包括处理器单元，所述处理器单元与所述传感器处于通信以及能够从所述传感器(2)接收数据，所述主板进一步包括用于与所述服务器(4)通信的无线接口(7)，
-控制器，其用于控制无线接口(7)上的经处理的功率数据的传输的开始和结束。
21.如前述权利要求中所述的一套零件包，其中特征在于，所述原位处理单元(1)包括：
-适于测量主供电电缆上的功率参数的传感器(2)，所述传感器(2)适配成钳在所述供电电缆周围
-适于测量第二主供电电缆上的功率参数的传感器(2)，所述传感器(2)适配成钳在功率电缆周围
-包括处理器单元和无线接口(7)的主板，所述主板从所述传感器(2)接收数据。
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