СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2018 года по МПК H02J13/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области электроэнергетики, а более конкретно, к средствам и методам контроля, оценки, управления и информирования о ресурсах электрических сетей.

Уровень техники

Из уровня техники общеизвестны средства контроля над величиной потребленной пользователями электрической энергии, обычно представленные электромеханическими или электронными устройствами, размещаемыми в непосредственной близости от потребителей.

Указанные устройства имеют низкую функциональность, поскольку по существу определяют только общий расход электрической энергии, не имея при этом иных функций контроля и управления (в том числе, подключенными приборами).

В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения можно принять технологию так называемых «умных розеток» (см., например, Redmond SkyPlug RSP-100S, http://redmondshop.com/upload/iblock/177/RSP-100S-CIS-UM-5.pdf - далее [1]). Известная из [1] розетка позволяет обеспечить дистанционное управление электроприборами по сети Интернет.

В качестве недостатков известного из [1] решения можно указать:

- отсутствие средств учета потребления электроэнергии, в том числе, каждого подключенного прибора в отдельности и, соответственно, отсутствие информирования о потреблении энергии, в том числе, каждым прибором в отдельности;

- сложность реализации функции управления (как следует из [1] для осуществления управления необходимо наличие двух беспроводных устройств, одно из которых должно находиться не далее 15 метров от розетки);

- отсутствие возможности установки приоритетов потребления энергии для каждого прибора;

- отсутствие возможности автоматического управления потреблением электроэнергии в зависимости от ситуации с учетом указанных приоритетов;

- отсутствие возможности пресечения неправомерного доступа к потреблению энергии.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков предшествующего уровня техники, а дальнейшее описание предназначено для подробного раскрытия сущности заявленного изобретения с достижением технических результатов, указанных далее.

Раскрытие изобретения

Как следует из указанного выше, предлагаемое изобретение при его осуществлении обеспечивает достижение, в частности, следующих технических результатов: обеспечение возможности автоматического управления потреблением электроэнергии каждого потребляющего устройства в отдельности, обеспечение распределенного сбора информации и информирования о состоянии и потреблении энергии отдельных устройств, пресечение неправомерного пользования электроэнергией.

Для достижения указанных результатов с реализацией назначения предлагается система контроля и управления потреблением электроэнергии, содержащая, по меньшей мере, одну розетку для подключения электрических устройств, соединенную с линией передачи электроэнергии, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере, одна розетка содержит микроконтроллер с подключенными к нему коммутирующим устройством, RFID-считывателем, измерительным устройством и модемом, связанным с удаленным сервером.

В дополнительном варианте осуществления изобретения предполагается передача информации между модемом и удаленным сервером, используя в качестве линии связи линию передачи электроэнергии. В таком случае для реализации указанной функции в качестве модема может быть использовано средство, предназначенное для передачи информации по сети электропитания (например, PLC-модем).

Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления, предполагается сбор информации от розеток, входящих в состав системы, и соответствующее информирование пользователя, например, посредством SMS сообщений или ресурсов сети Интернет.

Эти и другие варианты осуществления изобретения станут понятны специалисту на основе информации, содержащейся в следующем разделе описания. Следует отметить, что описание не предназначено для ограничения объема правовой охраны и содержит лишь примерные варианты осуществления, при этом очевидны и иные средства и методы, позволяющие специалисту осуществить принципы, положенные в основу предложенного изобретения.

Осуществление изобретения

В терминологии, применяемой при изложении принципов заявленного изобретения в рамках настоящей заявки, под термином «розетка» понимается модуль, предназначенный для взаимодействия со штепсельной вилкой любого известного в уровне техники электрического устройства.

Такие розетки могут устанавливаться как в жилых домах и квартирах, так и на предприятиях, заводах, производствах и т.п., таким образом, предложенная система не ограничивается используемым сетевым напряжением и применима как в сетях 220/230 В, так и в сетях высокого напряжения.

В основе настоящего изобретения лежит использование технологии радиочастотной идентификации (RFID), предпочтительно, ближней идентификации. Известное из уровня техники применение технологии RFID находит свое применение, преимущественно, в целях маркировки товаров в торговых сетях. Однако, как будет показано далее, применение данной технологии в заявленном изобретении, позволяет обеспечить ряд существенных технических результатов, не известных ранее их уровня техники.

Как известно, использование RFID предполагает наличие RFID-метки (транспондера) и считывающего устройства, которое посредством электромагнитного излучения может считывать и/или записывать информацию, хранящуюся в метке. В рамках настоящей заявки плата считывающего устройства выполняется с возможностью передачи считанной информации микроконтроллеру энергетического роутера.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения размещение розеток производится таким образом, чтобы плата считывающего устройства размещалась за лицевой панелью розетки. Таким образом, наличие в розетке считывающего устройства само по себе обеспечивает возможность получения информации. При использовании изобретения предполагается, что устройства, получающие питание посредством розеток, оснащаются метками, размещенными таким образом, чтобы при подключении устройства к розетке обеспечивалось считывание информации, содержащейся в метке. Например, RFID-метка может быть размещена в штепсельной вилке электрического прибора и содержать информацию, относящуюся к данному прибору. В общем случае, такая информация может включать в себя, но не ограничиваясь этим: идентификатор устройства (в том числе, заданный пользователем), серийный номер устройства, информация о технических характеристиках устройства (в том числе, заданных заводом-изготовителем) или их комбинации. Далее для обобщения указанных понятий используется признак «идентификатор».

Информация, содержащаяся в метке, может быть подвергнута процедуре шифрования, в том числе, для исключения неправомерного доступа к использованию электроэнергии, как это будет показано далее. Для достижения этого же результата может быть предусмотрено сравнение идентификаторов подключаемых устройств с информацией, содержащейся в базе данных, размещенной на удаленном сервере, либо в памяти микроконтроллера.

В материалах настоящей заявке под термином «энергетический роутер» понимается совокупность средств, включающая микроконтроллер, измерительное устройство (например, счетчик электроэнергии), коммутирующее устройство (например, реле) и модем (например, PLC-модем). Энергетический роутер выполнен с возможностью принимать информацию (например, о типе подключенного устройства) от платы считывающего устройства и с возможностью обмена информацией с удаленным сервером.

Кроме того, микроконтроллер энергетического роутера выполнен с возможностью приема сигналов от считывающего устройства, измерительного устройства, модема и с возможностью передачи сигналов управления на коммутирующее устройство, а также передачи информации на модем. В дополнительном варианте осуществления микроконтроллер выполняется с возможностью управления коммутирующим устройством в зависимости от информации, полученной через модем. В частности, такой информацией может быть сигнал управления на включение/выключение электрических устройств, переданный пользователем посредством сети Интернет.

Измерительное устройство предназначено для измерения и фиксирования показаний потребления мощности конкретного устройства, подключенного к соответствующей розетке. Оценка потребленной устройством электрической мощности может быть определена на основании разницы показаний до и после включения устройства и выполнена, например, в микроконтроллере.

Предложенная система работает следующим образом.

При подключении устройства к сети питания (например, при введении вилки в розетку) производится считывание информации, содержащейся в RFID-метке, размещенной в штепсельной вилке устройства. Коммутирующее устройство находится в положении «выкл», цепь питания разомкнута.

Считанная информация поступает на микроконтроллер энергетического роутера. Далее производится проверка соответствия считанной информации (например, идентификатора устройства) с информацией, размещенной в памяти микроконтроллера, либо в базе данных, размещенной на удаленном сервере.

Если в результате проверки установлено, что считанная информация не соответствует условиям включения питания (например, идентификатор устройства не распознан, либо внесен в «черный список», либо не содержится в «белом списке»), микроконтроллер не подает сигнал управления на коммутирующее устройство и оно остается в положении «выкл», цепь питания остается разомкнутой и на подключенной устройство не подается электрическая энергия. Цепь питания останется разомкнутой и в том случае, если штепсельная вилка не содержит RFID-метки.

«Черный список» содержит данные об идентификаторах (устройствах), которым всегда запрещено получение электроэнергии. «Белый список» содержит данные об идентификаторах (устройствах), которым всегда разрешено получение энергии.

В дополнительном варианте идентификаторы могут быть подвергнуты процедуре шифрования для дополнительной защиты от несанкционированного подключения. Проверка таких идентификаторов может быть произведена как средствами программного обеспечения, размещенного в микроконтроллере, так и на удаленном сервере.

Если в результате проверки установлено, что считанная информация соответствует условиям включения питания, микроконтроллер подает сигнал управления на коммутирующее устройство и оно переводится в положение «вкл», цепь питания замыкается и на подключенное устройство подается электроэнергия. Одновременно с этим начинает функционирование измерительное устройство.

В процессе работы энергетический роутер постоянно или через заданные промежутки времени осуществляет отправку информации о потреблении электроэнергии на удаленный сервер. Такая информация позволяет определить, находится ли конкретное устройство (в соответствие с которым установлен идентификатор) во включенном или выключенном состоянии, а также произвести оценку потребляемой им мощности, как это показано выше.

Таким образом, обеспечивается возможность распределенного сбора данных о потреблении электроэнергии конкретного устройства (устройств), подключенного к предложенной системе. Такая информация может быть использована для оптимизирования потребления электроэнергии, особенно эффективно, при наличии большого количества потребителей электроэнергии различной мощности. Кроме того, данная информация позволяет контролировать техническое состояние устройств исходя из отклонения в потребляемой мощности от паспортных значений.

Если в процессе работы энергетического роутера микроконтроллер получает информацию о превышении потребления мощности устройством заданного порога, он может передать команду на выключение коммутирующего устройства.

Кроме того, предложенное изобретение обеспечивает пользователю возможность удаленного управления включением/выключением электрических устройств посредством сети Интернет.

Например, пользователь регистрируется на сайте, либо скачивает мобильное приложение и также проходит регистрацию. В личном кабинете/мобильном приложении пользователь имеет возможность получать информацию о том, какие именно устройства подключены в данный момент к розеткам и в каком состоянии они находятся. Тип конкретного устройства может быть определен на основании идентификатора, как это показано выше. Взаимодействуя с интерфейсом сайта/приложения пользователь может отправить команду на включение/выключение выбранного им устройства из представленного списка устройств. При этом соответствующая команда поступает от удаленного сервера на энергетический роутер и он выполняет соответствующее команде действие. На сайте/в приложении также доступна информация о величине потребленной устройствами электроэнергии (например, сводная таблица за определенный интервал времени, либо те же показания в отношении конкретного прибора), а также о ее стоимости.

В качестве существенного преимущества предложенного изобретения можно рассматривать возможность установления атрибутов, соотнесенных с конкретным идентификатором устройства. В качестве таких атрибутов предусматривается, например, следующее.

Пользователь имеет возможность редактирования списка устройств, например, с целью их переименования, внесения идентификатора в «черный список», внесение идентификатора в «белый список», добавления или исключения устройств из системы.

Кроме того, в качестве атрибута пользователь может установить таймер включения/выключения, соотнесенный с идентификатором устройства. Данная функция может быть использована для реализации автоматического управления электрическими приборами (например, включение/выключение освещения или нагревательных приборов в зависимости от времени суток). Кроме того, оснащение системы соответствующими датчиками (освещенности, температуры, влажности, задымленности, открытия двери, целостности окон) позволяет обеспечить дополнительную автоматизацию необходимых действий. Например, при снижении температуры ниже заданного порога происходит включение нагревательного прибора, при превышении порога происходит включение системы кондиционирования. Выключение приборов может осуществляться также на основании показаний соответствующих датчиков. При срабатывании датчиков открытия двери, задымленности и целостности окон через энергетический роутер может подаваться сигнал в соответствующие экстренные службы по сети Интернет. Описанные функции позволяют повысить безопасность использования электрического оборудования (в любой момент времени можно удаленно отключить оставленный включенным прибор), а также безопасность объекта в целом за счет совмещения функций управления питанием приборов и сигнализации о чрезвычайных ситуациях. В системе также может быть предусмотрена возможность направления пользователю уведомлений о ситуациях посредством SMS или через сеть Интернет.

Для реализации функции «родительский контроль» пользователь может установить, что для конкретного идентификатора (например, относящегося к игровой приставке) время работы устройства от сети может составлять не более двух часов в день (непрерывно, либо по совокупности включений), либо его включение разрешено только в определенный заданный промежуток времени по расписанию (например, с 18:00 до 20:00).

Дополнительно, в качестве атрибутов пользователь имеет возможность установки приоритета использования электроэнергии.

В качестве примера, электрические устройства могут быть разделены пользователем по приоритетам использования - низкий, средний и высокий. В случае дефицита мощности (например, при изменении погодных условий и использовании ветрогенератора или источника на солнечных батареях) предложенная система позволяет автоматически отключать устройства с более низким приоритетом для общего снижения потребления мощности, при этом устройства с более высоким приоритетом продолжают свое функционирование.

В качестве опциональной функции пользователю может быть предложено выбирать оптимальные профили мощности, определенные на основании сведений, полученных системой от энергетических роутеров. По совокупности данных о типах подключаемых устройств, их характеристиках и значениях потребляемой мощности, оптимальный профиль потребления мощности может быть определен и предложен пользователю, например, в качестве профиля «экономия энергии», «динамический», «полный» и прочее.

В качестве удаленного сервера может выступать как сервер, расположенный непосредственно в здании, в котором развернута предложенная система, так и сервер, расположенный на любом удалении в зоне действия сети Интернет. Под понятием «сервер» может пониматься как отдельный компьютер с соответствующим программным обеспечением, так и кластер компьютерных устройств, объединенных в соответствии с выполняемыми функциями. При этом с целью создания распределенной сети управления электроэнергией указанный сервер (или кластер) может быть соединен с энергетическими роутерами, расположенными в удаленных друг от друга зданиях или предприятиях. Предложенное решение позволяет обеспечить простое и эффективное наращивание сети управления в зависимости от количества пользователей и их потребностей.

Как показано выше, предложенная система позволяет пользователю получить информацию о стоимости потребленной электроэнергии, поэтому в дополнительном варианте осуществления пользователю может быть предложена возможность оплаты услуг, предоставляемых системой, а также стоимости потребленной электроэнергии. Соответствующий функционал может быть предоставлен пользователю в интерфейсе сайта/мобильного приложения, при этом удаленный сервер может быть дополнительно соединен с биллинговым центром для проведения процедуры оплаты. Также в системе может быть предусмотрен баланс пользователя, при этом пользователю предоставляется возможность его пополнения известными методами, а в случае снижения баланса до заданного значения, пользователю может быть направлено соответствующее уведомление посредством SMS или сети Интернет (в том числе, на мобильное приложение).

Предшествующее описание изложено с целью иллюстративного указания на варианты осуществления, предложенного изобретения и не служит для ограничения объема испрашиваемой правовой охраны.

Специалисту в данной области техники понятно, что предложенные варианты осуществления могут быть реализованы с использованием любых подходящих известных из уровня техники средств.

Предложенное изобретение также может быть реализовано посредством использования управляющего программного кода, размещенного на машиночитаемом носителе информации. Под таким носителем может пониматься как жесткий диск, так и флэш-память, постоянные или оперативные запоминающие устройства, которые могут содержать программный код, при выполнении которого процессором (например, сервера или микроконтроллера) происходит осуществление функционирования входящих в состав предложенной системы технических средств.

Таким образом, предложенное изобретение обладает новизной по отношению к известному уровню техники, а признаки, включенные в формулу изобретения, находятся в причинно-следственной связи с перечисленными выше техническими результатами, которые не являются очевидными, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного изобретения изобретательскому уровню. Поскольку выше показано, каким именно образом предложенное изобретение может быть осуществлено специалистом в данной области техники, то предложенное изобретение соответствует условию промышленной применимости.

Изобретение относится к области электротехники. Достигаемыми техническими результатами являются: обеспечение возможности автоматического управления потреблением электроэнергии каждого потребляющего устройства в отдельности, обеспечение распределенного сбора информации и информирования о состоянии и потреблении энергии отдельных устройств, пресечение неправомерного пользования электроэнергией. Система контроля и управления включает в состав, по меньшей мере, одну розетку для подключения электрических устройств, соединенную с линией передачи электроэнергии, при этом указанная, по меньшей мере, одна розетка содержит микроконтроллер с подключенными к нему коммутирующим устройством, RFID-считывателем, измерительным устройством и модемом, связанным с удаленным сервером. Микроконтроллер выполнен с возможностью приема сигналов, по меньшей мере, от измерительного устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы.

1. Система контроля и управления потреблением электроэнергии, содержащая, по меньшей мере, одну розетку для подключения электрических устройств, соединенную с линией передачи электроэнергии, отличающаяся тем, что указанная, по меньшей мере, одна розетка содержит микроконтроллер с подключенными к нему коммутирующим устройством, RFID-считывателем, измерительным устройством и модемом, связанным с удаленным сервером, причем микроконтроллер выполнен с возможностью приема сигналов, по меньшей мере, от измерительного устройства.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модем является PLC-модемом.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что RFID-считыватель предназначен для считывания меток, расположенных в штепсельной вилке.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модем выполнен с возможностью передачи информации о подключенных устройствах на удаленный сервер, причем информация включает в себя, по меньшей мере, одно из: идентификатора, по меньшей мере, одного устройства; характеристики устройства; потребляемой мощности.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что модем выполнен с возможностью приема информации от удаленного сервера, причем информация включает в себя управляющую информацию, в том числе, инициированную пользователем.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью управления коммутирующим устройством на основании информации, полученной от RFID-считывателя, измерительного устройства и/или от удаленного сервера.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что микроконтроллер разрешает либо запрещает подачу энергии в зависимости от информации, полученной от RFID-считывателя.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что удаленный сервер выполнен с возможностью сбора, сохранения и обработки информации, поступающей от, по меньшей мере, одного модема, при этом удаленный сервер дополнительно выполнен с возможностью передачи пользователю результатов обработки информации и приема от пользователя управляющей информации.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что результаты обработки включают, по меньшей мере, одно из: информации о состоянии устройства; информации о потребляемой мощности; информации о стоимости.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит подключенные к контроллеру датчики, выбранные, по меньшей мере, из: датчиков освещенности, датчиков температуры, датчиков влажности, датчиков задымленности, датчиков открытия двери, датчиков целостности окон.

11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью управления коммутирующим устройством в зависимости от информации, поступающей от датчиков.

12. Система по любому из пп. 5 или 8, отличающаяся тем, что управляющая информация включает в себя, по меньшей мере, одно из: включение или выключение устройства, переименование устройства, добавление устройства, удаление устройства, установку приоритета использования электроэнергии, запрет или разрешение потребления энергии устройством, установку таймера включения-выключения, включение по расписанию.

13. Система по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что удаленный сервер дополнительно выполнен с возможностью передачи информации пользователю посредством SMS или сети Интернет.

14. Система по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что удаленный сервер дополнительно связан с биллинговым центром.

15. Машиночитаемый носитель информации, содержащий программный код, который, при исполнении его процессором, позволяет осуществлять пользователю управление системой по любому из пп. 1-11.