智能的国家电气制造商协会插口和相关联的网络

摘要

控制系统(300)允许远程地监视和/或控制标准NEMA插座，以便例如智能化地执行停电或限电、或者另外地远程地控制电气仪器。所述系统(300)包括几个智能插座(302)，该智能插座(302)例如经由输电线、使用TCP/IP协议来与本地控制器(304)通信。所述本地控制器(304)依次地经由因特网与远程控制器(308)通信。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于35 U.S.C.119而要求2007年3月14日提交的标题为“SMART NEMA OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS(智能的国家电气制造商协会插口和相关联的网络)”的美国临时申请第60/894,846号的优先权，其内容按照原样而全部合并于此。

技术领域

本发明一般涉及电气配电(electrical power distribution)和管理，并具体地，涉及一种用于智能化地(intelligently)监视至少部分电路并控制电路上的电的输送的电插口(outlet)或者与本地(例如，单个或多个住宅或企业建筑物(premises))电路相关联的其它装置。

背景技术

为了各种目的而监视并控制配电和电气分配(electrical distribution)。在这点上，配电一般指的是在发电站与变电站(substation)之间的传送，而电气分配指的是从变电站到消费者的输送。典型地，进一步经由几个本地电路在消费者建筑物内分配电。

可以结合解决实际或潜在的超负荷(over capacity)状况来监视并控制配电。由于增加的工业和住宅电力需要、外加老化的电力基础设施和对新的发电的实践限制，而导致在美国和其它地方、这样的状况已经逐渐变得普遍。通常通过减少或中断向标准住宅和企业消费者提供电力(例如，停电(blackout)或限电(brownout))来解决超负荷状况。例如，在高峰使用的时间段期间，可以实现滚动的停电，其中依次地中断到电网子部分(gridsubdivision)的电力以减少电网上的整体负载。

这种电力中断的影响可在某种程度上得到改善。如果电网的结构允许，则可以将某些关键或高价值顾客从滚动停电中豁免。可以用发电机或冗余的故障保险(fail-safe)电源来支持其它的关键设施或设备。然而，对于许多标准顾客，简单地忍受电力中断以及其对数据系统和其它易受影响产品的结果。对于这些消费者，中断是不加选择的且在许多情况下是全部的。

还监视并控制在内部的建筑物级别上包括的电气分配。例如，如果电路分取(draw)的电流超过规定的级别，则一般采用熔断器、电路断路器、接地故障指示器、和电涌保护器等来中断或抑制电路上的电力。工业产品规范(code)典型地需要这些元件，并且在某种程度上可定制所述元件，例如，结合用于供应高电力装置(例如，烘干机、空调)或低电力装置(例如，照明)的电路来定制。然而，这些元件一般是非智能的并限于危险回避。当与电路连接时，它们典型地不识别装置或装置的类型，不允许解决更大的电网需要，并且不充分响应于解决某些安全问题，诸如，潜在的触电死亡。

发明内容

本发明涉及诸如电插口(例如，标准国家电气制造商协会(NEMA)插口)的智能化电路装置，并涉及顾客建筑物的电气系统、仪器、配电系统以及可利用这种智能电路装置的相关联的处理。本发明的智能电路装置可监视与电路连接的负载、并经由该电路控制配电。还可经由通信接口来控制电路装置，以便实现关于电输送或使用的本地或电网策略。以这个方式，可以更有效地分配电力，可以增强插口和建筑布线安全，并且可以更有效地解决电网容量问题。此外，本发明交付安全和便利特征。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于使能到插口插座(例如，标准NEMA插口插座)的传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)通信的效用(utility)(包括系统和相关联的功能)。以这个方式，插座有效地变成客户端或数据网络节点。这使能了宽泛种类的功能。例如，插口插座可操作为用于电气分配的智能化控制点，所述智能化控制点提供关于当前被插入到插座中的装置类型的反馈、并经由插座选择性地控制电输送(包括通过经由快速接通/关断切换而消除经由插座输送的各个电力波形周期来减少电力消耗)。此外，可使用TCP/IP通信、经由广域网来控制插座，以便使能装置的远程或智能化操作，其没有另外地适于数据网络控制。所述TCP/IP插口技术还提供了用于智能化装置的便利机制，以经由输电线(power line)与广域网通信、并有助于这种装置的标准化。

在这点上，TCP/IP具有包括如下优点的几个优点：

1.由于技术和经济二者的原因，所以TCP/IP是用于与插座通信的优选协议。

2.TCP/IP是关于因特网(地球上的最大网络)的标准协议。它是开放的协议并且非常不可能被替换。

3.TCP实现和支持的基础设施继续改善。具体地，现在可能获得适于处理电力的非常小且轻型的TCP实现，所述TCP实现可容易地嵌入在热受限的小空间(诸如，插座盒)中。

4.势不可挡的TCP/IP采用正一再地向下驱动TCP基础设施装置的成本点。这是选择它的非常强有力的原因。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于基于负载分析来控制经由诸如插座或插座组的本地(例如，在建筑物上的)电路装置的电力输送的效用。特别地，所述效用涉及：监视至少一个本地电路装置，以基于经由该电路装置传送的电信号的分析(例如，数字处理)来确定关于所述本地电路装置的加载的信息；和基于所述分析来控制经由所述电路装置的电力输送。所述分析可通过电路装置处(诸如，在插口处)或者在另一位置处(例如，在电路断路器面板处或受控电路上的其它地方)的数字处理器来实现。例如，不同的电气装置或仪器可产生不同的电签名(electrical signature)，其可在插座处被检测。相应地，可以分析电信号，以确定电气装置的分类，例如，以标识特定的电气装置或电气装置的类型(或者智能化装置可标识它自己)，以标识(在所供应的电力或电布线中的)电力输送质量问题，以通过比较概要(summary)电流测量与中性电流(neutral current)来根据需要地提供特定的插座中的虚拟GFCI功能，或者标识加载异常或安全问题。这个信息例如可用于减少输送到装置的电力(例如，经由迅速切换以消除所选择的电力信号周期、或者通过在(多个)给定时间段内中断到装置的电力)，或者用于在电力电少(例如，限电)的情况下向装置/插座指定优先级。替换地，数字分析可指明短路、潜在的电击或触电死亡事件、或者其它的安全担忧。在这样的情况下，可中断到插座的电力。此外，如果认为装置开关不被接通(例如，如果居住者在度假并且灯被突然打开)，则可以生成安全警报以及电子邮件警报。

相关地，可以实现快速电力切换功能，以控制电力输送。这样的快速切换结构至少可以以两种方式来使用：1)当接通/关断主继电器时的消弧(arcsuppression)；和2)当“窃取”周期时的快速切换。由于所需要的操作速度，所以后一功能不能通过切换继电器来完成。而是，这通过诸如三端双向可控硅开关元件或MOS装置之类的固态切换来完成。具体地结合其中在插口盒、或者在其它受约束的不通风环境中执行切换功能的实现，已经认识到热生成可能是成问题的。为了使热产生最小化，结合传统的机械继电器来使用快速切换装置(例如，半导体电力开关)，其每一个通过模拟和数字电路的组合来控制。以这个方式，可以达到为了支持这个专利的需要而要求的快速切换时间，同时机械继电器提供了必要的低速切换和低热产生。虽然半导体切换装置(例如，三端双向可控硅开关元件、金属氧化物半导体等)是快速的，但是其将产生一些热。机械继电器相对慢但产生很少的热。当在微处理器或其它数字装置的控制下彼此结合地来操作时，两个切换装置可提供具有能接受的热产生级别的必要快速切换。

根据本发明的另一方面，诸如插座模块的本地电路装置经由建筑物的电气电力布线来与控制器通信。相关联的子系统包括：电气装置，通过顾客建筑物的电气布线而经由电路来接收电力；和开关模块，与本地电路装置相关联，用于控制到所述电气装置的电力输送。该效用还包括：插座控制器，用于控制所述开关模块的操作。所述开关模块和插座控制器优选地使用因特网通信协议(例如，UDP和/或TCP/IP)经由电气布线来通信，或者使用本地控制器(例如，因特网连接的装置)可网关连接(gateway)到和/或代理连接(proxy)到TCP/IP的其它协议，从而开关模块和/或插入到开关模块的插座中的装置可经由TCP/IP通信。所述子系统可用于相对于更大的配电系统(例如，电力网)来协调经由插座的电力输送。替换地，所述子系统可用于允许例如经由因特网来远程地监视和控制电气装置的操作。

本发明还可以实现在数据中心的环境中。数据中心经常包括电源板(power strip)，该电源板包括与两个单独的源相关联的插口。例如，一个这样的电源板产品正在由Zonit Structured Solutions公司进行开发。电源板因此可以如上所述地实现切换功能，以便例如为关键数据装置提供冗余的电源。然而，将理解，通常将不希望从数据装置窃取周期，并且切换一般将仅结合电力中断来实现。相应地，极大地减少了热预算(heat budget)担忧，并且虽然快速电力切换功能可能不必要，但是实践上可能仍然要实现。

在住宅或企业环境中，控制器可通过TCP/IP协议与插座通信，如上所述。当使用输电线用于这样的通信时，提供一些机制来避免串扰是有用的。也就是说，因为最终在多个插座之间扩展的输电线有效地定义了单个电气总线或者搁置在互连的波导上，所以来自意欲用于第一插座的控制器的指令可以被如下的第二插座接收并且遵照所述指令来动作，所述第二插座缺少一些机制以便限制消息的传送、或允许插座在所接收的消息之间进行辨别。用于将消息寻址到受控插座集合的各个插座的寻址机制可以在给定的控制领域内解决这个问题。还期望限制经由输电线的消息传送，以便保持电力波形整洁。这可以通过在控制点(本地控制器)处针对电力插座集合的信号取消或衰减来完成。特别地，本地控制器与收发器相关联，该收发器用于将去往受控的插口的通信信号插入到输电线中、并经由输电线从插座接收通信信号。可以在这个收发器外部(即，在收发器与受控领域外部的电力网之间)，提供衰减或取消装置。在这点上，取消涉及了诸如通过使用激活的取消信号基于要被取消的信号来特别地消除具体的信号。衰减涉及了采用频率相关过滤器，来选择性地从到外部电力网络的传送中排除用于经由内部电力布线来通信的一个或多个频率。

此外，将理解，上述的控制功能可实现在电气装置处，而不是在插口或其它本地电路装置处(或者在布置在电气装置和插口之间的中间单元处)。也就是说，从通信的角度来看，在装置与装置被插入到其中的插口之间存在很小区别；可经由输电线始终向装置传送通信。这样，可通过定制制造的或改型的装置来替换地实现智能开关或其它通信和控制技术。在数据中心的环境中，数据可以在电源板(经由LCD或LED面板或者网页接口)、相关联的控制器处或远程地积累并查看。在这点上，减少了对用以支持设施(诸如，温度计、气流传感器、门锁传感器、灯或湿度传感器等)的附加线缆的需要，从而简化了服务、节约了机架空间、并增强了冷却气流。

根据本发明的又一方面，提供了一种智能化电插口。所述插口包括：插座，用于容纳标准电插头，以建立(在与该插头相关联的装置和与该插座相关联的建筑物布线系统之间的)电连接；和数字处理器，用于控制经由该插座的电力输送。例如，数字处理器可实施在电路板上，该电路板可封装在标准插口外壳内，例如以执行如上所述的快速电力切换功能。以这个方式，可以在配电系统的各个插口级别上或各个插座级别上实现智能化的监视和控制。

根据本发明的又一方面，提供了一种配电系统，所述配电系统允许对配电的更强监视或控制，包括顾客建筑物级别的控制。所述系统包括：电力网，用于在地理分配区域上分配电力；一个或多个电网控制器，用于控制电力跨越所述电力网的分配；以及几个顾客建筑物(本地)控制器。每个顾客建筑物控制器基于所述顾客建筑物控制器与至少一个所述电网控制器之间的通信来控制电力在具体顾客建筑物内的输送。例如，所述顾客建筑物控制器可以在顾客建筑物级别上和/或在顾客建筑物内的各个插口级别上实现。

在这点上要注意，本地控制器(无论实现在插口处和/或顾客建筑物上的其它地方)可执行纯粹的本地策略、由外部(例如，电网)控制器驱动的策略、或者其组合。例如，本地控制器可基于如下的策略来控制电力输送，即，涉及分支布线电流限制的本地策略、安保策略、安全策略、或不需要与电网控制器或其它外部控制器通信或协调的其它策略。相反地，本地控制器可用于执行基于电网的策略或其它外部策略，诸如限电操作模式。在又一情况下，本地控制器可基于本地和外部考虑二者来作出判决。例如，电网控制器可在强制或自愿的基础上指令本地控制器以节约模式进行操作。然后，本地控制器可根据本地策略来执行节约操作模式，所述本地策略例如关于在减少的电力模式中可关闭或操作哪些装置、或者哪些装置具有继续操作的优先权。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于解决配电电网中的超负荷状况的方法。所述方法包括如下步骤：标识关于配电电网的至少一部分的超负荷状况；和通过以比所述配电电网的最精细分配细分(subdivision)更精细的级别而控制配电，来解决所述超负荷状况。具体地，所述超负荷状况涉及潜在地需要减少向标准住宅和企业顾客提供的电力的状况，例如已传统地导致停电或限电的状况。在一些情况下，这样的状况已经通过滚动停电来解决，如上所述，其中电网被划分为几个电网细分，并且依次中断到这些电网细分的电力，以减少电网上的总负载。本发明允许了以比这些网络细分更精细或更灵活的级别来解决这些状况。以这个方式，可以作为独立于电网拓扑的组来管理各个住宅、企业客户、或者任何期望的顾客建筑物集。例如，可以在分配网络的电气分配而不是配电部分处控制配电。如上面指出的，配电一般指的是发电站与变电站之间的传送，而电气分配指的是从变电站到顾客的输送。例如，根据本发明，可以以顾客建筑物级别乃至以顾客建筑物内的插口级别来控制配电。此外，可通过减少电力输送(例如，通过消除某些周期、或通过中断配电)，来控制配电。以这个方式，可以更智能化地避免或实现停电或限电，以便避免与这样的停电或限电相关联的损害或不便。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于控制被插入到智能插口中的装置的系统。所述系统可使用在各种环境中，包括数据中心控制以及控制住宅或企业环境中的电气装置。所述系统包括本地控制器和一个或多个智能插口。所述本地控制器可经由第一协议与远程控制器通信、并经由与所述第一协议相同或不同的第二协议来与智能插口通信。在这点上，本地控制器可用作协议网关，以在第一协议与第二协议之间翻译消息。例如，本地控制器可经由诸如因特网的广域网与远程控制器通信。此外，本地控制器可经由输电线、无线或经由另一通信路径与智能插口通信。在这点上，本地控制器与智能插口之间的通信优选地根据适于本地环境的TCP/IP协议来进行。在一个实现中，结合数据中心的配电单元来实现本地控制器。可以结合数据中心电源板来实现智能插口。以这个方式，可以从远程位置便利地控制数据中心设备。此外，诸如温度传感器、湿度传感器或门锁传感器之类的数据中心装置可根据可能的需要来向远程位置报告。

根据本发明的又一方面，本地控制器可用作用于多个仪器、智能插座、或者与本地控制器相关联的仪器和智能插座的组合的通信网关。在这点上，本地控制器可执行电力布线功能上的TCP/IP或者其它数据协议。本地控制器然后可将所有本地装置网关连接到WAN。以这个方式，所有本地仪器可以与WAN通信并且经由WAN进行控制。这样所使能的一些示例包括：根据需要允许智能冰箱从市场定购食物；允许加热炉经由WAN报告它正在向强迫通风中漏泄一氧化碳；以及空调可经由WAN报告风扇电机将要失效。

本地控制器可以至少以如下的方式来网关连接这样的通信。第一，并且优选地从标准化角度来看，这样的通信可以是从端到端的TCP/IP。这样，本地控制器充当TCP/IP路由器(以及输电线插入器)。本地控制器还可以充当防火墙。在这个情况下，通信的两个端点都“讲(speak)”TCP/IP。第二，本地控制器可在TCP/IP与另一通信协议之间(在电力布线上)进行网关连接和代理。再次，本地控制器充当网关路由器、并且还可充当防火墙。在这个情况下，正在受控的仪器以它的固有的通信协议(其可被用于封装TCP/IP)与本地控制器讲话，并且本地控制器与WAN讲TCP/IP(其相反地可用于封装仪器通信协议)。

如上所述由本地控制器提供的TCP/IP网关具有几个功能。首先，网关提供通用且统一的TCP/IP WAN连通性。所有智能插座以及利用合适的适配器或内部硬件而与它们连接的电气装置可经由本地控制器通过TCP/IP与来WAN(因特网)通信。虽然这可以在不管什么协议被用于设施中电力布线上的通信的情况下进行，但是优选地还是经由TCP/IP。控制器所提供的TCP/IP通信功能是一般用于互连任何两个TCP/IP网络的功能。所述功能中的一些包括如下功能：

1.路由。使能从电力布线网络上的智能插座和装置到TCP/IP WAN的TCP/IP数据传送，且反之亦然。

2.网络地址翻译。对于完整的连通性，仅需要TCP/IP WAN上的一个公用TCP/IP可路由地址。

3.协议封装。如果电力布线网络上的智能插座和/或装置使用一个或多个非TCP协议，则它们可以被双向地封装，并从而使能在电力布线网络上的装置与TCP/IP WAN上的端点之间的端到端通信。TCP/IP可用于封装在电力布线网络上使用的(多个)协议，并且相反地电力布线网络协议可用于将TCP/IP封装到电力布线网络上的插座或装置。后者是可能的但不是优选的方法。

4.代理服务器功能。如果期望，则电力布线网络上的所有装置可以通过控制器的TCP/IP代理功能来代理。这可能是与电力布线网络上的插座和装置通信并控制所述插座和装置的便利方式。

网关还提供了安全和保密功能。本地控制器中的TCP/IP网关还用作防火墙，来监视并控制从电力布线网络智能插座和所附着的电气装置到TCP/IPWAN上的装置的数据连接。可以设置策略，来控制、限制和报告这个连通性。以这个方式，可以保卫房主或设施所有者的秘密和安全。

附图说明

为了更完全地理解本发明、并进一步理解其优点，现在参考结合附图进行的以下详细描述，其中：

图1A和图1B分别图示了根据本发明的智能插口盒的正视图和侧视图；

图2是根据本发明的智能插口系统的示意图；

图3是根据本发明的在广域网环境中实现的智能插口系统的示意图；

图4A和图4B图示了根据本发明的利用智能插口技术的配电电网；

图5是图示了根据本发明的、用于利用智能插口系统来控制电气装置的处理的流程图；

图6图示了根据本发明的、在数据中心环境中实现的根据本发明的智能插口系统；

图7是图示了根据本发明的、用于控制数据中心环境中的装置的处理的流程图；

图8是示出了如何将信号插入到输电线中并防止信号被传送到外部输电线的受控插座集的示意图；以及

图9是示出了根据本发明的GFCF电路的示意图。

具体实施方式

本发明旨在智能化本地电路装置，该智能化本地电路装置可经由电路来控制输送到电气装置的电力、和/或报告关于或来自连接到电路的电气装置的信息。这允许远程地监视和/或控制可用于宽泛种类的应用中的电气装置，所述电气装置包括不特别适于这种远程监视或控制的标准电气装置。在接下来的描述中，在提供有如下逻辑的标准NEMA电插座插口上下文中陈述本发明，所述逻辑用于监视所连接的负载并采样电力波形(例如，电气仪器和装置)、以及用于选择性地控制经由插口输送的电力。此后，描述用于利用这个功能的某些系统。具体地，描述电力网分配系统、以及数据中心设备控制和配电系统。将理解，本发明的技术支持除了电插座插口之外的电路装置、以及除了所说明的电力网和数据中心应用之外的应用。相应地，接下来的描述应该理解为说明性的而不是为了限制。

可参考图1-4来更全面地理解本发明。首先参考图1A和图1B，分别示出了根据本发明的智能化插口的正视图和侧视图。所图示的插口100包括可通过面板104接入的两个标准插座102。每个插座102包括：插座体106，用于容纳标准电插头、并建立插头的插脚(prong)和与顾客建筑物(例如，住宅或企业)的布线系统相关联的布线110之间的电连接。在所图示的实施例中，所图示的插座100还包括：安装在插口外壳112内的控制器108。例如，控制器108可实施为集成电路板。如下面将更详细论述的，控制器108操作以监视关于每个插座102的负载、并控制到插座106的电力输送。例如，可以这样做，以对经由插座106连接的电气装置进行分类或标识安全危险。可控制到插座102的电力输送以减轻安全担忧、增强配电的效率、远程地控制与插座102之一连接的电气装置、或者解决电力网的潜在或实际超负荷状况。控制器108还可操作以与(例如，在顾客建筑物内、在单独的顾客建筑物处的)其它控制器、或者与顾客建筑物外部的网络控制器通信。例如，这样的通信可经由输电线、无线地、或经由其它通信路径来进行。

图2是根据本发明的配电系统200的示意图。所图示的系统200包括被插入到电插座204中的电气装置202。插座204经由开关206而选择性地从电源208(诸如，电网)接收电力。开关206可位于插座204处或位于远程位置处，诸如位于电路断路器板或与用于提供电到插座204的电路相关联的其它位置处。

在所图示的实施例中，通过处理器212基于插座204处的电信号的监视来操作开关206。例如，处理器212可位于插座处、顾客建筑物上的单独位置(例如，被配置为控制几个插口的计算机)处、或者另一位置处。在这点上，可以监视插座204处的信号，以标识用于标识装置202或装置202的类型的电签名。将理解，不同类型的电气装置具有关于它们如何加载电气系统的不同特性。例如，电泵可具有不同于电灯的签名。这个签名可涉及电力分取、电力分取的时间相关特性、或者来自经由插座204输送的电力信号的其它可辨识信号特性。替换地，智能化装置可以例如通过传送标准标识码，来向插座标识它自己。

签名的性质可以理论地或以经验为主地确定。例如，启发式(heuristic)逻辑可用于获悉并参数化所关心的不同装置的电签名。这样的签名信息然后可存储在签名数据库214中。相应地，所图示的系统200包括：模数转换器210，用于对插座204处的电信号进行数字地采样、并将表示该信号的数字信息提供到处理器212。这个数字信息然后由处理器212的签名识别模块216来处理，以标识所述签名。例如，可利用算法来处理所输入的数字信号，以确定该信号的多个参数，然后可以将所述参数与存储在签名数据库214中的参数相比较，以将输入信号与所存储的签名之一进行匹配。将理解，所述签名信息还可用于确定装置202的状态、或检测来自装置的输出(例如，在装置202是用于提供输出信号的传感器时)。

然后，判决模块218可以使用来自签名识别模块216的输出来控制向插座204的电力输送。在这点上，判决模块218还可以使用从控制器220输入的信息，所述控制器220可位于插口处、顾客建筑物中的其它地方(诸如，计算机)、或者另一位置处。在一个实现中，控制器与更大的配电系统(例如，电力网)通信。例如，如果装置202被识别为可以以减少的电力级别而起作用的装置，则判决模块218可操作开关206以减少到插座204的电力输送。在这点上，可能“窃取”某一数量或百分比的电力信号周期，而没有不可接受地影响某些装置的性能。在涉及频繁切换的这种应用中，上面讨论的快速切换功能允许了可用热预算内的操作，这将在下面论述。在美国临时专利申请序列号60/894,842和要求其优先权的美国专利申请序列号[还未指定]中、以及美国临时专利申请序列号60/894/848和要求其优先权的美国专利申请序列号[还未指定]中描述了合适的切换机制，通过参考而在此合并所述专利申请。判决模块208可以由顾客或电力提供者(诸如，公用事业公司)编程来实现这样的电力减少。

在其它情况下，控制器220可指导判决模块218进入省电模式。例如，这可发生在结合电力网或部分电力网来标识超负荷状况时。在这样的情况下，判决模块218可减少或消除到某类装置的电力输送。

作为又一示例，签名识别模块216可以确定装置202不匹配被授权用于插座24的任何签名。在这样的情况下，判决模块218可操作开关206，以中断从源208到插座204的电力输送。类似地，判决模块218可在潜在的短路、潜在的电击或触电死亡、或者其它的潜在安全危险事件时中停电力输送。

将理解，系统200可用于各种其它目的。例如，处理器212可操作开关206，以在周期性或随机的基础上打开灯或操作其它电气设备，以创建建筑物被占用的错觉并从而阻拦犯罪。此外，处理器可监视插座204，例如以便当认为建筑物未被占用时标识活动，从而标识可能的犯罪或未授权的使用。此外，处理器212可用于允许远程控制插座204，例如以允许所有者经由因特网而远程地操作电气装置。将理解，在这个论述中提到的各种功能组件可以以任何合适的方式在公共平台上组合、或者跨多个平台(例如，在插口处、单独的顾客建筑物平台或其它平台上)分配。

图3图示了用于使能多个插座的远程监视和/或控制的根据本发明的系统300。具体地，系统300包括多个智能插座302，其例如可以是上面结合图1A和图1B论述的插座。插座302与本地控制器304通信，该本地控制器304例如可以是位于顾客建筑物处的计算机或因特网终端。例如，智能插座302和本地控制器304可在顾客建筑物的电线上、经由因特网协议(例如，TCP/IP)或被网关连接(gateway)到WAN的专用协议来通信。依次地，本地控制器304可经由诸如因特网的广域网306来与远程控制器308通信。在这点上，本地控制器304和远程控制器308之间的通信可涉及无线(例如，IEEE 802.11、Wi-Fi、电话技术、或其它无线)、或其它数据网络链路。远程控制器308可由个人或公用方操作。例如，远程控制器可包括：顾客建筑物的所有者用以远程地控制插座302所使用的计算机、安全承包者用以监视插座302处的活动而监视的计算机、被操作以实现智能化停电或限电的电力网的控制器、或任何其它实体。

图4图示了用于智能化地控制配电的配电网络400。所图示的网络400包括与电力网403连接的几个顾客建筑物402。电力网403从几个发电机构(power facility)408接收电力，并且电力跨电网403的分配由中心电网控制系统406来控制，并可选地由诸如变电站的几个地区控制器404来控制。如上面论述的，每个顾客建筑物402可包括几个智能化插口。可响应于来自中心控制系统406或地区控制器404的指令来控制这些插口。这样，例如，顾客可选择或被要求安装响应于来自中心控制系统406或地区控制器404的这种指令而进行操作的智能化插口，以便在日常基础上或在超负荷状况时减少功率消耗。

尽管在图4A中结合电网控制系统和变电站论述了控制功能，但是将理解，控制消息传送不需要经由输电线，并且这样的控制不受网络拓扑限制。这明确地示出在图4B中。在这个情况下，经由诸如因特网411的单独网络将控制消息送往各个顾客建筑物。以这个方式，可以独立于与变电站404相关联的电力网络拓扑来将给定的指令集输送到住宅子集(阴影部分)。此外，如上所述，可以在比各个住宅更精细的规模上(例如，在逐插口的基础上(如由局部阴影的住宅所指明的))实现指令。以这个方式，例如，可例如通过中断到非关键装置的电力和/或从合适类型的装置窃取电力周期，来智能化地实现限电。

图5图示了根据本发明的用于监视和控制电气装置的处理500的流程图。这个处理500将结合如上所述的应用来描述，所述应用使能与智能插口连接的电气装置的监视和远程控制，包括用于允许通过电力网的操作者来控制电气装置的应用。所图示的处理500通过建立(502)与网络内的电力使用(uasge)相关的网络策略来启动。例如，这样的策略可由电气公用事业来建立，以便解决潜在的或实际的超负荷情形，该情形先前已经例如通过滚动停电或限电来解决。将理解，这些策略可以以电力提供者认为有用的任何方式来建立。下面提供一些示例：

1.效率模式

在效率模式中，指令服从于该策略的各个住宅将电力消耗减少某一百分比。这可以通过禁用所选择的装置和/或减少某些装置的电力消耗而在住宅处实现，这将在下面更详细地描述。

2.限电模式

在限电模式中，标识最高的负载(例如，空调装置、电暖气装置等)，并将其连续地(serially)关断一短的时间段(例如，5-10分钟)来减少总的高峰负载。为了避免让所有家庭或企业立即关断这样的负载，可以将指令以随机、伪随机、或其它的时间分配式方式发送到住宅，或者在住宅处执行。例如，可以通过随机数发生器来向住宅指定标识码。此后，可以在时间相关的基础上作为码的函数来发出用于执行限电模式的指令或者执行所述指令，例如，在给定的时间处，可以由具有以数字“5”结束的标识的所有住宅来执行限电模式。统计上，这可以以使得虽然高峰负载将被减少所需的百分比、但却最小化了对最终用户的影响的方式来完成。

3.停电模式

在停电模式中，可以适当地在完全电力或减少电力的基础上标识并允许关键的负载(例如，电冰箱、灯、收音机、辐射加热循环泵等)。可以禁用非关键项。

将理解，可以定义许多其它的操作模式和相关联的策略。在所图示的处理500中，一旦已经建立了网络策略，则建立(504)用于实现所述网络策略的本地规则。这个可选的实现允许住宅或企业顾客针对至少一些策略而具有关于将要如何实现这种策略的一些输入。例如，顾客可为了执行限电或停电策略的目的而定义哪些仪器或装置是关键的。此外，可允许顾客确定所规定的能量减少将通过禁用装置、减少装置所分取的电力、还是其一些组合来执行。此外，在某些实现中，可允许顾客请求将要减少能量使用的时间段，以便实现正被讨论的策略目的。尽管作为实践的问题、也许不能接纳所有的这些请求，但是至少可以在一定程度上接纳一些请求，从而减少对用户的影响。

可以建立(506)附加的本地策略和规则，以利用智能插口。例如，顾客可以在某些时间或在某些状况下选择以效率模式操作(例如，在度假时、或者当在其它情况下建筑物未被占用时)。此外，如上面提到的，例如为了安全目的，顾客可能希望监视在各个插座处连接的装置的类型或电力使用。在这点上，顾客可能希望被通知某些事件，例如当认为在建筑物处没有人时、打开了灯的时候，以便使得第三方被通知某些事件(例如，警卫或紧急服务提供者)、或者禁止某些使用(例如，在某些时间或在某些状况下，禁止使用灯、设备、或操作电子门锁等)。

通过示例，可由顾客实现的策略包括如下策略：

1.安全旅行模式

在安全旅行模式中，可以随机地、伪随机地、或者以选择的型式来打开和关闭诸如灯、和收音机等的装置，以使家庭或企业看起来被占用。这可以例如由家庭/企业所有者从远程位置处进行预编程、或者控制。在后者的方面上，可经由通过因特网或另一网络传送的合适消息来远程地控制所述装置。此外，在安全旅行模式中，如果装置被手动打开，则可以将电子邮件警报发送到选择的地址。替换地或另外地，可以联系警卫或紧急服务提供者。

2.生活模式

使用本地接口或者远程网页接口，居住者可以编程何时打开/关闭任何装置。例如，可以以与起床时间、出发工作时间、从工作返回时间或就寝时间的预定关系来打开或关闭所选择的装置。

3.效率模式

在效率模式中，系统可以在预设的时间段期间自动地关闭灯或其它装置。例如，在住宅正常地未被占用或者居住者入睡的时间段期间可以关断所指定的插座。作为这个模式的改进，可以监视装置以确定何时手动关闭它们。当这发生时，系统可假设居住者想要手动地再次打开该装置，并因此接通该插座。

4.安全模式

在安全模式中，用户可选择禁用小孩子可触碰到的某些插座或者在孩子的卧室中的未使用插座。

除了上面已经论述的各种策略和规则之外，本发明的系统提供了几个优点。具体地，由于系统可在非常短的时间中(例如，在1/60秒或更少中)检测短路，所以极大地减少了潜在的严重的电击、更不用说短路对于设备造成的损坏。此外，用于分析插座处的电力签名(power signature)并然后将它与标准或阈值进行比较的能力具有包括如下益处的几个益处：

1.对短路的快速反应

所有支持的插座变成响应于短路的“迅速动作(quick-acting)”，并且可以非常迅速地被停用，从而增强了对人和设备的安全性。

2.降级的(de-rate)老布线或断路器

如果电路的布线老化、或者另外地退化，则电路可能被降级。在这点上，可以对电路上的插座或插座集进行编程，以便仅允许特定的总电流负载，可以在工业产品规范和电路断路器级别以下设置该总电流负载。在这个情况下，中心单元监视支路上的总电流负载，并且可通过关闭负载或减少到某些插座的电力来主动控制负载。中心单元经由电力签名分析来确定哪个插口区域连接在哪个电路引线上。可经由关于负载类型的策略来设置什么插座变为关断或减少电力的排序。如果需要，可手动地调整或拒绝这个策略，或者这个策略可以是强制性的。该类型的积极电力管理可帮助使建筑物具有更少的失火趋势。在这点上，要注意，许多家庭失火是由电布线问题而导致的。相应地，这类系统可以由工业产品规范来支配(dictate)和/或由保险提供者来付酬。

3.布线引线监视

这通过经由到房子的电力输入附近的插座而监视输入源附近的电流、并监视电路分支中更远的电流来完成。如果插口之间的布线不适当地起作用，则指明在由相应插口识别的电力签名中的差异。如果这发生，则可以采取几个行动。例如，可以通过引起短路一段时间、使断路器跳闸、或关断所述分支电路上的所有插座来指令插座关断电路的面板断路器。如果这不能有效地接通断路器，则可经由上述的通信路径来发出警报。可针对任何生活安全状况或其它指定状况来发出这样的警报。

在所图示的处理500中，在已经建立了期望的策略和规则之后，对负载进行监视(508)，以标识负载签名。如上所述，不同的装置可具有不同的可通过分析电力信号而标识的签名，或者可将标识码传达到控制器。以这个方式，可以确定插入到给定插口中的(多个)装置、或者普通或特定类的这种装置。诸如上面所述的本地控制器之类的控制器可开发(510)并更新用于建筑物上的支持性插座的负载图(load map)。这样，在任何给定的时候，本地控制器可以存储关于经由建筑物上的什么插座而插入了什么装置或哪类装置的估计。在这点上应该注意，仅给定建筑物上的所有插座的子集可以是智能插座、或者仅插座的子集(即使所有插座都是智能插座)可以是关于系统实现、或者关于各个策略的参与插座。

在系统的操作期间，诸如本地控制器的控制器可标识(512)策略所掌控的状况。例如，在诸如由电网电力供应者所支配的操作模式改变的外部策略的情况下，可基于来自外部源的指令接收来标识状况。例如，本地控制器可以从电公用事业提供者接收指定转换到效率模式或限电模式的消息。替换地，可以基于已编程的策略状况的出现来标识所述状况。例如，如果效率模式操作要求在某些的时间段关断某些插座，则这样时间段的开始可以被标识为策略所掌控的状况。作为又一替换例，可基于从智能插座传导到本地控制器的负载信息的分析来标识由策略掌控的状况的存在。例如，可以标识电路的过载、违反策略的装置的手动操作、或者基于其它加载的状况。

当标识了这样的状况时，诸如本地控制器的控制器可以访问(514)用于实现相关策略的规则。这样，如果电公用事业提供者指定了操作的节约模式(conservation mode)，则可以根据顾客偏好来咨询本地规则以实现所要求的减少能量使用。类似地，在安全假期模式操作期间，如果电气装置被手动操作，则可以根据所有者所定义的规则来联系所有者、或者警卫或紧急服务提供者。在任何事件中，结合所有支持的插座或所指定的其子集来应用(516)规则，以便实行所期望的策略。特别地，可通过本地控制器将指令传送(518)到所影响的插座。例如，这些指令可导致插座接通、关断、或者以减少的电力使用模式来操作。然后，智能插座进行操作以执行(520)所述指令。

在这点上，如上面所指出的，智能插座可包括快速操作开关，所述快速操作开关可结合如上所述的传统机械继电器来操作。这个开关和相关联的继电器可操作以接通插座、关断插座、或者从电力信号窃取周期。在最后一点上，可通过模拟或数字装置来控制开关，以便在电力信号的零电势点上或附近执行这样的切换，从而减少击穿(arcing)可能。此外，将这样的开关优选地设计为在应用环境的热预算内起作用。在这点上，要注意，插座盒在某些情况下可能被绝缘物质包围，从而将热消散(dissipation)主要限制于面板上的热传递。本发明可以在相关联的热预算内实现。然而，如果需要，可以修改面板结构，以便为系统操作提供更大的热预算。例如，相关联的电气盒可以从墙壁开始延伸一些距离从而提供更大的热传递表面，或者可采用例如利用微型风扇进行的积极热消散。

其中可能希望根据策略来控制电气装置或允许这种仪器的远程控制的另一应用是数据中心环境。在这点上，能够控制到电子数据处理设备的电力通常是有用的。对于其中设备被密集地组装在远离期望控制设备的用户的数据中心中的情形，这个能力尤其有用。

图6图示了用于在数据中心环境中使能这种控制的系统600。具体地，所图示的系统600包括几个数据中心装置601-609。这些装置601-609包括诸如服务器、和存储装置等的几个数据装置601-606。此外，装置601-609包括几个传感器607-609，诸如温度传感器、湿度传感器、和支撑架(cage)或柜门锁传感器等。装置601-609典型地被安装在一个或多个的二支柱或四支柱设备机架数据中心机架中。

在所图示的实施例中，装置601-609被插入到与几个电源板610、630和640相关联的插座612、634和644中。如下面将更详细地论述的，这些插座612、634和644可以是如上面一般描述的智能插座。

电源板610、630和640通过输电线连接到本地控制器650。在这个情况下，本地控制器650可以被构建在诸如由Zonit Structured Solutions公司所销售的数据中心配电单元中。通常，配电单元包括：几个输出端口654，用于将电力从电源660输出到电源板610、630和640。配电单元可以与诸如A源和B源的多个电源660相关联，以便为关键设备提供冗余的、故障保险的电力。在这点上，不同的输出端口654可以与不同的电源相关联。此外，特定设备可以具有与多个电源板的连接，如冗余电源板620通常所虚拟地指明的，以便提供故障保险操作。在这点上，这样的关键设备可配备有多个电力线(power cord)，或者可以提供具有快速切换单元的合适导线组件，如在美国临时专利申请序列号60/894,842和要求其优先权的美国专利申请序列号[未指定]中所描述的，所述专利申请通过参考而合并于此。

所图示的系统600包括远程的几个元件和/或装置601-609的基于策略的操作。特别地，本地控制器650包括：处理器655，诸如如上所述的用于执行本地控制器功能的单板计算机。具体地，处理器655经由网络接口680而使能本地控制器650与远程控制器670之间的有线或无线通信。处理器655还使能本地控制器650与智能插座612、634和644之间的通信。本地控制器650与远程控制器670之间的这种通信可使用标准因特网协议(涉及TCP/IP协议)并利用TCP/IP和UDP分组、经由因特网来进行。本地控制器650与插座612、634和644之间的通信也优选地根据TCP/IP协议来进行，并且可适于本地环境。在这点上，本地控制器650与插座612、634和644之间的通信可经由输电线、根据IEEE 802.11协议无线地、或者以任何其它的合适方式来进行。将理解，在这点上可以提供定制的消息传送，以实现系统600的目的。相应地，处理器655可用作协议网关，以便在如下的两个协议之间翻译，即用于在远程控制器670与本地控制器650之间通信的协议、以及用于本地控制器650与插座612、634和644之间的内部消息传送的协议。装置可以被插入到智能插座中，并使用控制器作为到数据中心LAN(替代WAN或除了WAN之外)的网关。

在所图示的实现中，本地控制器650与插座612、634和644之间的通信是经由它们之间的输电线进行的。这样作的优点在于：不需要专门的通信线路，这在数据中心环境中由于附加布线的复杂性和对冷却气流的潜在干扰而成为问题。在这点上，本地控制器650的每个输出端口654可以与电力有线通信接口651-653相关联。这些接口651-653进行操作以将消息传送信号导入输电线、以及移除来自输电线的输入消息传送信号，以便提供不同通信路径的有效电隔离。为了相同的理由，结合电源板610、630和640提供类似的输电线消息传送接口611、631-633和641-643。

根据本发明，可以独立地控制电源板的每个个别插座，或者可以作为组来控制电源板的所有插座。这样，在所图示的系统600中，板610的所有插座612与单个通信接口611相关联。类似地，板610的所有插座612可以与用于监视电签名或从装置601-603接收消息的公共逻辑元件相关联。

相反，在所图示的实施例中，电源板630和640的每个插座634和644与它自己的独立通信接口631-633和641-643相关联。例如，每个插座634和644可具有专用的布线，或者可结合各个插座来多路复用(例如，时分复用、频分复用、码分复用等)通过电力布线传送的信号。以这个方式，可以单独地控制与插座634和644相关联的装置604-609，并且装置604-609可以独立地用消息通知本地控制器650，并且依次地到达(intern)远程控制器670。在后一方面上，将理解，可能期望基于来自传感器607-609的输出来提供到远程控制器670的消息传送。

替换地，用于每个电源(例如，A和B源)的单个收发器可用于引起相关联布线中的信号，并且如上所述的单个信号取消器或衰减器可用于实质上防止到外部输电线的通信传送。这大致示出在图8中。具体地，图8示出了用于定义受控领域的插座集的控制系统800。所述插座可包括几个插座插口802(典型地用于家庭或企业环境)和/或可被排列在一个或多个分支电路806中的几个插头板(plug strip)805或适配器(典型地用于数据中心环境)。

这个插座由本地控制器808控制，该本地控制器808例如可实施在个人计算机中(典型地用于家庭或企业应用)或实施在被合并于数据中心的配电单元中的单板计算机中。本地控制器使用收发器810来将信号插入到主电路812或分支电路806中，以进行到插座的通信并从插座接收信号。可以为如上所述的信号取消器或信号衰减器的信号隔离装置814实质上防止这些信号传送到外部(控制领域之外)输电线816。可以对数据中心中的A和B源来复制这个结构。将理解，将所有受控插座这样布置在单个波导上(或者在具有A和B电源的数据中心的情况下、布置在两个波导上)是成本有效的实现。可使用合适的寻址方案来区分与单个插座的通信。

图7图示了在数据中心情境中可结合本发明的操作来实现的处理700。处理700始于针对装置或装置的分类来建立(702)规则。例如，这些规则可定义加电或停电装置的偏好、建立要共同控制的装置组、确定谁可以访问装置以及何时访问装置等。处理700还涉及开发(704)输出/插口对偶(pairing)的绘图。在这点上，可能基于如上所述的签名分析来标识装置或装置的分类。替换地，数据中心用户可定义什么装置被连接到什么电源板的什么插座、以及什么电源板被附着到配电单元的什么插口端口。例如，以这个方式，用户可以(例如，通过将装置插入到作为单元来操作的电源板中)定义将要被共同地操作的装置组，并且可以指定用于故障保险操作的关键装置。然后，这样的操作可简单地通过将装置插入到正确电源板的正确插口中、并将电源板插入到配电单元的正确输出端口中来执行。这个电力结构化的执行可借助于合适的指示器来促成，所述指示器诸如在电源板和/或配电单元上提供的LED或小的显示单元。以这个方式，装置可以被容易地插入(706)到合适的插口中。

然后，电源板或者各个插座从装置、或本地或远程控制器接收(708)输入。例如，远程控制器单元的操作员可选择加电或停电装置或装置集合。将合适的消息从远程控制器传送到本地控制器，并且这依次地经由如上所述的电力布线而被从本地控制器传达到电源板或插座。替换地，诸如用于签名分析的电力信号或者传感器输出信号之类的信号可以在插座处从装置之一接收，并被传达到本地控制器(并且，如果合适，则传达到远程控制器)。然后，使用所提出的绘图和合适的规则来处理(710)任何这样的输入。这样，例如，可通过查阅绘图以标识与合适装置相关联的插口、并然后将停电信号传达到这些插座，来执行来自远程控制器的用于停电某些装置的指令。类似地，可通过查阅绘图以确定什么传感器传送了该信号、并然后访问和应用合适的规则来处理该信号，而解析来自诸如传感器的装置的信号。

此外，上述插座的电流中断能力准许使用其它双线缠绕变压器(bifilarwound transformer)来感测负载中的不平衡电流并在某些状况下中断到该负载的电力输送。这个特征一般类似于公共接地故障电路中断(GFCI)装置。其不同之处在于：如果存在不平衡电流状况，则它将通用断开继电器用于实际的断开部件。其不同之处还在于：对断开的检测和判决不是以与传统GFCI相同的方式来执行的，在于用于签名检测的微处理器控制还具有分析来自双线缠绕变压器的电流感测数据的能力，并且这样作过滤出了不想要的或假信号的电流瞬变。这可导致对实际上并不可归因于真实接地故障事件的事件的更少CFCI中断。通用GFCI电路中的这个状况一般是令人烦恼的，并已经导致GFCI插座的更少的热心接收。因为智能插座已经具有嵌入的处理器，所以可以实现关于判决作出的更好判定，并因此启动了更少的错误中断。

参考图9，类似于传统的GFCI，在电流路径中加入附加的双线缠绕变压器902，并且通过高增益差分放大器901来放大所感测的电流“差异”。将该信号呈现到感测和控制模块903，在感测和控制模块903中4比特的阶梯模数(A到D)转换器将输入的模拟信号转换为数字信号。在微处理器中基于中断来处理数据。如果任何数据出现在阶梯A到D的输出处，则处理器停止它正在作的工作、并开始分析来自GFCI感测变压器的输入数据流。在此点，向输入数据施加与用于一般电流负载分析的算法类似的签名分析算法。如果事件被认为是可能的GFCI触发事件，则激励电力控制继电器940、950，这样依次地从每个负载插座907、908断开AC电源。由于电流感测处于主电力路径中，所以必须激励全部两个继电器。这个出口(vent)被暂时记录在感测和控制模块903中，并被经由电流发送器909而发送到中心命令处理器。这个出口数据还被转发到中心命令处理器，以用于附加的分析。中心命令处理器可以确定事件数据是假还是真、并相应地动作，或者它可以等待用户干预并提交一重置。在任何时候，中心命令处理器或者本地用户可以重置GFCI中断状况。这可以通过经由电流接收调制器909从中心命令处理器接收命令、或者利用直接用户干预从插座906上的手动重置按钮接收命令来实现。

每次可以将电力短暂地恢复到一个插座。如果GFCI事件仍旧存在，则可以在此时确定哪个插座有负责，并且可以照亮和/或闪烁相关联的LED 910或911。

此外，并入发光二极管(LED)910、911允许在Zonit智能插座中包括其它有用功能。这些LED 910、911可以从中心命令处理器来控制。那里的用户接口可以使用与每个插座907、908相邻地定位的LED 910、911来启动几个功能。一些功能包括但不限于：

指明接地故障状况

指明过载电流状况

指明电路的位置

指明给定的电路分支上的所有插座

夜间照明灯

LED 910、911被连接到感测和控制模块903。它或者本地地从来自电流感测变压器902的继电器940、950中的电流感测线圈、或者从本地手动重置按钮906、或者经由电流接收调制器909而从中心命令处理器接收信息。通过感测和控制模块来分析与LED功能相关联的各种信息，并且根据需要来照亮或熄灭合适的LED 910和911。LED 910、911是高照明类型，其每一个有1瓦特的亮度。对于通用的通告需要，所述感测和控制模块903可以对到LED 910、911的电力进行脉宽调制，以提供低级别的光输出。“指示器光”级别的输出。对于夜间照明灯操作，可以启动更高级别的输出，像连续接通状态一样高(没有调制)。

已经为了说明和描述的目的而呈现了本发明的前述描述。此外，所述描述不意欲将本发明限制于这里公开的形式。因此，与以上示教相当的变化和修改、以及相关领域的技能和知识都处于本发明的范围。前面描述的实施例还想要说明已知实践本发明的最佳模式，并使得本领域的其它技术人员能够以这样的或其它的实施例并且在本发明的(多个)具体应用或使用所需要的各种修改的情况下利用本发明。意欲的是，所附权利要求被构思为在现有技术准许的某种程度上包括替换实施例。