用于智能灵活转换开关的装置、方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月15日提交的美国临时专利申请No.62/698,197号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明构思总体上涉及用于从多个电力源输入向负载输出供电的转换切换设备领域。

背景技术

转换开关是用于从多个源输入向负载输出供电的电气开关，该多个源输入可以是电网连接、一个或多个发电机源、或替代能量资源(诸如太阳能阵列或储能系统)的任意组合。传统的转换切换技术大致分为两大类：手动切换开关和自动转换开关(ATS)。手动切换开关采用机械杠杆臂，其中操作者通过投掷或改变机械杠杆臂的位置来实现电触点从输入源到另一输入源的转换。ATS是自动开关，当它们感测到输入源之一已断电或通电时，会触发它们在不同输入源之间切换。

手动切换开关采用机械杠杆臂将电触点从一个输入源移动到另一输入源。在需要将电力从一个输入源传递到另一输入源的特定时刻，该杠杆由人操作。另一方面，ATS单元不需要物理操作，而是采用电逻辑在两个输入源之间切换。通常，在ATS设备中有一个优先级源，只要优先级源可用就可以使用；当此源发生故障时，ATS会自动将电力切换到辅助源。尽管也存在机械操作的ATS系统，但通常通过继电器或接触器单元内的机电操作触点来实现自动切换到辅助源。ATS系统可能会有定延时迟或保护系统，并且这些附加特征可能会经由物理拨盘进行调整。

现代的ATS设备可以替代地利用微处理器或微控制器(MCU)来操作系统。这些基于MCU控制的开关的系统利用数字逻辑来执行切换功能。此外，ATS中的MCU偶尔可以被配置为针对某些附加特征进行编程，诸如定延时迟、保护阈值、发电机运行程序或安静时间例程。该技术的最高级状态是使用这些基于MCU控制的开关的系统(这些系统是数字操作的并且可能包含上述功能性)以及有线通信系统(这种系统允许ATS与外部系统进行接口，包括用于远程监测、数据记录或在更高级别的建筑物管理系统中进行集成的网关)。这些高级ATS系统中使用的协议类型可以包括RS-2S2或RS-485串行通信、Modbus网络协议或CAN总线系统等。此类系统的用户包括，例如，建筑物或设施管理者、技术人员或大型能量资源的运营商。数字监测和控制解决方案通常是高度技术化的，并针对商业或工业需求水平进行了量身定制。这些高级系统的主要用例是为关键电力应用提供详细的监测和系统状态信息，在这些应用中，转换系统必须始终处于良好状态，以确保在主源出现故障的情况下备用电力源的可用性。在医院、服务器设施或其它关键业务运营中可能就是这种情况。

然而，即使这种现代技术也包括局限性，因为当前系统仅基于严格编程的一组规则和阈值或直接的用户干预来执行切换动作。这些系统不包含内部决策能力，也不具有利用一组更灵活或动态的操作规则的能力。对于诸如手动操作的机械系统之类的系统，设备内没有存储任何信息，并且它不包含用于操作其切换机构的逻辑或算法，因为它只能通过人工干预才能进行物理操作。ATS技术通常还通过一套严格的规则来操作，在这种情况下是电源的存在与否，以及在某些情况下，是某些其它因素(诸如定时偏好、或所安排的可以或不可以利用备用源的时间段)。这些传统技术均无法利用从设备本身外部的源收集的动态信息集，例如来自其它能量资源或来自互联网服务的信息，这些信息可以提供关于各种因素的历史的、实时的和预测的数据，比如电网可用性、能耗、天气状况、用户偏好和电价。当前的常规技术不允许对设备的操作设置进行灵活和远程的更改。手动切换设备以及基本的ATS设备只能根据各自的主要操作原理以单一方式进行操作。

可用的高级ATS单元可能具有在不同操作模式之间进行切换的能力，诸如自动或手动切换。然而，切换功能性不是可远程配置的；而是必须对设备进行物理设置或直接对其进行编程，并且这些设置将一直存在，直到进行另一次编程更新或物理更改以调整操作规则为止。

因此，需要针对被配置为接收关于系统状态的实时更新并且被配置为对系统状态进行实时改变的智能且灵活的转换开关进行技术改进。特别地，在现有技术中，对于在能量系统日益复杂的情况下专门设计的转换开关系统存在空白，考虑到各种外部数据和因素，转换开关系统可能既需要使用更灵活的控制结构进行操作，还需要满足关键电力应用以外的用例，在这些关键电力应用中，取而代之的是利用电力切换来实现最佳成本、可靠性、可持续性或其组合。当前的ATS系统通常是在如下假设下设计的：应尽可能恒定地向负载供电。尽管该假设已在传统的转换切换设备的使用中被接受，但新兴的交换技术用例表明需要对其进行重新评估。如上所述，可以在供电系统内采取切换动作以改进整个系统的最佳成本效率，或者相较于更多污染源而使更可持续的电力源优先。此外，出于安全目的，例如在公用线上的电力可能增加着火的危险或由于雷暴活动而预期公用线上的电压瞬变活动的情况下，可以采用切换操作为预防措施。考虑到这些新用例以及分布式能量系统的不断发展进一步增加了电表背后存在的系统复杂性，因此需要一种转换切换设备来满足这些新用例的要求。

因此，通过结合连接到建筑物的一个或多个能量资源的高级监测和控制能力，诸如化石燃料发电机、电池储能系统、太阳能光伏阵列、风力涡轮机、公用电网连接、可控负载、或生成、存储或消耗能量的其它技术，本发明构思代表了对现有转换开关系统的改进。本发明构思还提供了通过面向用户的数字接口进行专用互联网通信连接和实时交互来灵活且智能地操作这些资源的部件。结果是一种新颖的系统，该系统在建立转换开关系统的传统机构的基础上，为转换开关定义了新的角色，它不仅是电气系统中的电力切换点，更广义地还是该系统中的控制和智能中心点。

发明内容

本发明构思通过经由连接性平台和云软件基础设施实现灵活性和智能决策能力，克服了传统的刚性操作逻辑中的缺点，该云软件基础设施为用户提供了与切换系统交互的远程接口。通过将专用集成连接包括到互联网，本发明构思确保了操作逻辑不受仅在单个开关设备的上下文中可访问的信息的约束。接口可以包括移动或Web应用，用户可以访问该移动或Web应用以便例如接收关于系统状态的实时更新并对系统状态进行实时更改。系统状态的实时更改可以包括触发发电机的启动和运行、调整操作模式或参数以便将来做出决策、和/或查看历史系统事件和数据以了解过去的操作以及其它功能性。

根据本文公开的非限制性示例实施例的物理系统可以包括多达三个主要的硬件子系统：电力切换子系统、能量计量子系统以及控制和通信子系统。然后，该物理系统可以与云软件系统安全地通信，该云软件系统本身可以包括多个单独的Web服务、数据库和用户应用。

根据本文公开的非限制性示例实施例，物理开关系统包括至少一个物理单元。该单元可以包括基于围绕机械互锁接触器的电力切换子系统，机电线圈通过继电器供电，该继电器由数字逻辑或专用算法驱动。根据自动生成的切换命令，通过数字接口内的用户动作或通过用户启动物理设备上的按钮开关，经由执行计算机可读指令，通过控制系统来指导逻辑或专用算法。用户可以通过使用例如智能电话、平板、膝上型计算机或任何其它能够接收和发送数据的手持设备来访问数字接口。电源系统还可以包括用于手动回退操作的部件，在手动回退操作中，来自传入能量源的电力借助于手动操作的选择器开关或多个开关的布置被用来直接接合接触器线圈，在利用该手动模式的同时，该多个开关同时使控制子系统不能对电力切换机构起作用。这种手动回退操作方法主要是为开关单元本身或周围的电气组件的维护或保养时段提供的，例如，在允许开关将电源自动连接到可能会接触到人的线上不安全时，会提供这种手动回退操作方法。

根据非限制性示例实施例，该设备可以包括能量计量子系统，该能量计量子系统可以被配置为允许完全监测和计量提供给开关的负载输出的能量，包括对单个交流电源相直至以Y形配置排列的三个有源交流相的电流测量和电压测量，相对于中性导体，每个相生成的电压信号与其它相相差120度。另外，能量计量子系统可以被配置为包括但不限于对正向和反向能量流进行计量的能力、以及诸如功率因子、电压、频率和相位平衡之类的电力质量指示器。该能量计量子系统可以利用电流变换器、Rogowski线圈、电流分流器、霍尔效应传感器或其它电流感测技术。

根据非限制性示例实施例，该设备可以包括控制和通信子系统，该控制和通信子系统结合了一个或多个通信模块来进行通信，诸如示例实施例中的专用蜂窝模块和无线局域网模块。这允许直接与互联网/云和/或与本地网络上的其它外围设备交换信息。这些外围设备可以包括传感器和控制设备，这些传感器和控制设备负责向智能转换开关提供附加数据，诸如油箱中的燃油液位、能量资产(诸如发电机组或逆变器)的警报指示器的状态、电池组的充电状态、来自太阳能阵列或各种其它可能的数据集的太阳能产率。智能转换开关的通信和控制子系统负责管理与这些设备的通信和组网，以便访问它们可以提供的附加数据和信息。通过网络通信系统与软件云基础设施进行信息交换允许将硬件和软件层进行集成，以创建完整的管理平台。

根据非限制性示例实施例，可以向设备提供与网络(例如但不限于互联网)的专用集成连接。尽管可以在设备控制系统内部执行某些操作决策，但与网络的专用连接允许将此决策框架扩展到连接的互联网平台，在该平台中，可以利用其它操作逻辑和专用算法来进一步向转换切换系统添加智能化。本发明构思确保操作逻辑或专用算法不受仅在单个设备的上下文中可访问的信息的约束，而是可以利用外部灵活的数据集来补充和改进操作决策。使用该操作算法的示例可以包括将设置的操作阈值与通过预测分析确定的未来参数值的实时估计值进行比较。这些分析可以利用智能转换开关先前收集的历史数据，也可以利用外部数据集。用户命令/设置/偏好也可以通过与网络的专用集成连接进行远程访问和更新。此外，可以评估该信息以确定在任何给定时刻的最佳操作策略。在一些实施方式中，这些最佳策略可以基于围绕通过系统建模确定的参数阈值，该参数阈值在系统事件发生并由云软件系统处理时通知智能转换开关所做的决策。参数阈值可以包括：例如但不限于，放电电池组的最大深度、发电机单元的最小负载水平、或用于太阳能自耗优化的最佳电池使用量。为了实现对切换设备的实时远程访问的益处，本发明构思的完整实施例还可以包括云软件基础设施，以提供用于用户与切换系统进行交互的远程接口。通过结合针对用户的实时远程接口以及基于操作规则集的自动操作系统，该系统能够基于系统的建模已经认为是对于最大化或最小化某些所需参数(诸如成本或能量可靠性)最佳的策略来同时操作其自身，同时还能保持对用户需求的响应，并在他们的偏好表明在任何给定时刻都需要更改能量系统时允许他们覆盖该操作策略。

根据非限制性示例实施例，接口可以是移动或Web应用，用户可以访问该移动或Web应用以便例如(包括但不限于)接收关于系统状态的实时更新、对系统状态进行实时更改(诸如触发发电机的启动和运行)、调整操作模式或参数以便将来做出决策、或查看历史系统事件和数据以了解过去的操作以及其它功能性。互联网连接性也可以确保设备不受特定的操作规则集约束。可以自动或通过用户交互持续地更新该规则集，以便更灵活地操作该系统。操作该系统灵活性的提高可以确保该设备不会纯粹在手动或自动模式下操作，而是能够作为任何一种类型的传统转换切换技术工作，并根据在任何给定时段内最佳操作的首选动态地改变其操作模式。

根据非限制性示例实施例，可以将通过本地无线或有线通信方法与外围能量资源或其它智能转换开关系统进行通信的能力嵌入到该设备。此功能可以使设备将其它能量源或系统的状态和可用性结合到决策框架中，以进行转换切换操作，还可以使设备充当这些其它能量资源的控制器以帮助执行系统操作，不仅仅是在两个输入源之间的电力转换。这些进一步的操作包括但不限于启用或禁用电池充电、削减太阳能产量以符合电网限制、与其它能量系统进行能量交易、或设置逆变器模式状态以允许发电机和电池储能备份之间的负载分担。在一些实施例中，这些模式设置可以静态地保持在诸如逆变器之类的设备上，或者可以在设置时使用旨在用于系统的整个生命周期的操作阈值进行手动编程。云连接系统以动态方式执行对这些设置进行更改的能力允许从系统生成的数据中收集见解，以实时通知系统操作。

当联系以下描述和附图进行考虑时，将更好地了解和理解本文的非限制性示例实施例的这些和其它方面。然而，应当理解，以下描述虽然指示了优选实施例及其众多具体细节，但是它们是通过说明而非限制的方式给出的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本文的非限制性示例实施例的范围内进行许多改变和修改，并且本文的非限制性示例实施例包括所有这样的修改。然而，应当明确地理解，附图仅出于说明和描述的目的，并且不旨在作为对本公开的限制的定义。如说明书和权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。

附图说明

在下文中，将联系附图描述所公开的方面，提供附图是为了说明而不是限制所公开的方面，其中，相同的标号表示相同的元件。

图1图示了电气系统图，示出了根据示例实施例的具有主电气输入和输出的智能转换开关；

图2以高级别图示了智能转换开关的示例性架构，指示了各种主要的子系统；

图3图示了根据示例实施例的智能转换开关内部架构/子系统；

图4图示了根据另一示例实施例的智能转换开关内部架构/子系统；

图5图示了根据示例实施例的包括云软件系统组件的智能转换开关通信接口；

图6是图示了在示例实施例中从智能转换开关收集数据并将数据存储在数据库中的过程的框图；

图7是图示了在示例实施例中可以从用户应用向智能转换开关发送并确认对数据或控制命令的实时请求的过程的框图；

图8是根据示例实施例的决策逻辑的过程流程图，涉及来自云的信息和本地信息；以及

图9是图示了示例性实施例中的源自智能转换开关系统的系统事件过程的框图，该过程可以发起系统的决策逻辑并基于该逻辑来采取自动操作动作。

具体实施方式

参照在附图中图示并且在以下描述中详细描述的非限制性实施例来更充分地解释本文中的实施例及其各种特征和有利细节。省略了对公知组件和处理技术的描述，以免不必要地使本文的实施例晦涩难懂。本文中使用的示例仅旨在促进对可以实践本文中的实施例的方式的理解，并进一步使本领域技术人员能够实践本文中的实施例。因此，示例不应被解释为限制本文的实施例的范围。

图1描述了示例性电气系统图100，示出了根据示例性实施例的具有主电气输入和输出的灵活智能的转换开关或以下称为“智能转换开关”108。灵活智能的转换开关可从两个或多个源获取输入电源。在图1中，其被示为发电机102和公用服务入口，公用服务入口已经由一组熔断器104保护。可以替代公用服务入口、发电机或两者的其它输入电源包括但不限于：来自逆变器的电源(该逆变器使有来源的且逆变的直流电变为来自太阳能阵列、风力涡轮机或电池储能系统、燃料电池、反应堆或另一电源的任何组合的交流电)。发电机102可以从智能转换开关108接收发电机远程启动开关信号，并且只要电表信用足够并且电网没有发生故障，公用服务入口熔断器104就通过公用电表106提供供电。在此上下文中，信用是指已由公用客户预付费并已加载到公用电表设备106上的已存储的能量单位余额。当这些信用被用完时，公用电表将阻止进一步供电。根据输入电力源的可用性并考虑已启用的任何操作规则或模式，智能转换开关108然后利用其内部转换切换机构将来自公用或发电机的电源连接到主断路器面板或配电板110或不连接任何电源。内部转换切换机构可以对应于基于电气连接发起的转换。主断路器面板或配电板110为建筑物112的各种分布式负载提供电源。然后，在图1中，系统形成子电路，该子电路可以由单相或三相电源供电，并通过逆变器旁路开关114提供。逆变器旁路开关114控制对逆变器系统116的供电，逆变器系统116进一步控制向建筑物中应始终提供有电的一组小负载或临界负载118的供电。逆变器116通过可选地使来自主断路器面板110的电源通过，或通过充电控制器122和多个电池组120从多个太阳能阵列124提供逆变的电源，来控制对临界负载118的供电。

图2示出了用于智能转换开关系统200的示例性架构，标识了可以包括在本发明的实施例中的主要子系统。典型实施例的架构将包括三个主要的子系统。电力切换子系统202的主要功能性是：系统与两个不同输入电力源202(a)、202(b)的连接以及与单个负载输出202(e)的连接、以及这两个输入电力源到负载输出上的互斥切换202(d)，使得一个或另一个电力源为负载供电，或者如果没有一个电力源连接，则可能没有电力源在供电。该切换能力可以例如通过机械互锁的一对组装好的接触器、电气互锁的继电器、电动断路器或其它适用于给定应用的满载电流的切换机构202(d)来实现。电力切换子系统202的另一特征是包括某些组件202(c)，这些组件用于提供电力线的保护和控制，这些电力线形成作用于主切换机构以致动切换过程的控制信号。在本文所述的示例性实施例中，控制电力切换机构的信号是在全线电压下从两个传入电源获得的单相电力线。保护和控制组件202(c)将根据本发明的特定实施例并根据设计人员的判断针对所需的特定操作条件进行变化，但是可以包括：诸如熔断器之类的组件以提供过流保护，浪涌保护设备以限制过电压瞬变事件的影响，延时继电器用于执行特定的切换动作定时，或者电压监测和保护继电器，如果电压条件不符合某些标准，则它们可能会阻断控制信号，例如但不限于，诸如大于标称线电压的70％。保护和控制组件202(c)还可以包括选择器开关(多个)，这些选择器开关可用于启用手动回退操作模式，在该模式下，电力切换机构202(d)可以与控制和通信子系统204分开操作。

控制和通信子系统204同时通过输入(包括指示电力切换子系统的状态的感测和检测电路)以及输出(包括对上述用于致动电力切换机构的电力切换线的控制)来连接到电力切换子系统202。该子系统204包括所有在广域网或局域网上的网络通信能力，并且还包括所有用户指示和接口功能性。该子系统204包含运行智能转换开关单元200的微控制器或其它处理器单元，并且包含针对用于设备操作的编程指令以及已通过其操作收集的存储数据点两者的数据存储和存储器。控制和通信子系统204还经由诸如SPI、I2C或串行总线之类的隔离通信接口连接到能量计量子系统206。能量计量子系统206由允许感测诸如电压、电流、实时功率和功率质量因子之类的计量参数的专用电路组成，其连接到功率切换子系统202的负载输出部分202(e)，以便收集指定的参数，以经由先前描述的总线将参数传递回控制和通信子系统204。

图3描述了根据示例性实施例300的智能转换开关108的内部架构/子系统。输入由两个供电源提供，即电网电源301和发电机电源302。在实施例中，电网电源可以通过熔断器盒304提供电力，熔断器盒304包括三个或更多个额定值为125安培的熔断器，例如NH型。本领域技术人员将理解，NH型熔断器可用于中断主电路负载。因此，只要替换保护设备具有相似的额定值和规格，则可以用其它类型的熔断器或断路器来替换这些类型的熔断器。在已经确定在智能转换开关的外部提供适当的过流保护的实施例中，也可以从布线中省略过流保护。回到当前的示例性实施例，熔断器盒和发电机电源分别向电网接触器306和发电机接触器308提供电力，它们机械地互锁在一起以防止这两个电力源的互连。该设备还包括一个或多个选择器开关，以启用手动回退模式。如该实施例中那样，两个开关可以是DPDT(双刀双掷)开关312和DPST(双刀单掷)开关314，或者也可以由利用多个触点来实现类似配置的单个旋转开关代替，该配置的目的是在需要这种回退机构时将控制线引向主控制电子系统，或者可替代地，引向手动模式。本领域技术人员将了解，可以创建许多可能的开关配置以实现相同的期望结果。高达5安培的一个或多个熔断器或断路器还被连接到接触器总成306+308的输出，以对高压/隔离板318的电源进行过流保护。在该示例性实施例中，使用额定电流为5安培的一个熔断器316。高压/隔离板318包括输入端子，该输入端子包括：电网和发电机检测输入，这些输入利用光耦合器技术来检测每个电源的AC线输入上是否有电；用于电压感测的输入；以及用于通过例如电流变换器进行电流感测的输入。高压/隔离板还包括由例如机电继电器驱动的输出；这些输出向电网和发电机接触器306+308提供控制信号，使得控制系统能够操作接触器总成以执行切换动作。高压/隔离板318通过带状电缆或其它连接组件320连接到低压/控制板322。低压/控制板322提供有通过蜂窝天线326连接到网络的连接性，并且备用电源由LiPo(锂聚合物)电池324提供。低压/控制板可以设置有多个LED330作为向用户指示智能转换开关的状态的方式、以及多个按动按钮332以提供用于控制切换功能性的物理接口。本领域技术人员将了解，在本发明的各种实施例中，同时提供指示和物理接口的方式可以是不同的，并结合了其它合适的技术，技术包括：例如但不限于，LCD或LED显示屏、音频指示器、切换按钮、电容式触摸传感器或触屏接口。低压/控制板还包括发电机远程启动连接334。发电机远程启动连接可以使用“两线”启动接口，在该接口中，两条线跨接继电器输出，该继电器输出可以位于低压板322上的控制系统内。当继电器通电时，两条线被电气连接，从而启动发电机组上的数字输入，从而触发发电机组开始运行。当继电器断电时，两条线变成电气绝缘，发电机组停止运行。可以通过与电网接触器和发电机接触器两者的输出的连接来提供到负载336的输出，每个接触器的输出接在负载侧，使得任一个输入源都可以根据接触器切换机构的位置为负载均匀地供电。

图4描述了根据另一示例性实施例的智能转换开关400的内部架构和主要组件。在该实施例中，装置在最高层处被划分为两个隔室：切换隔室400(a)，其容纳主要与电力切换功能性和保护机构相关联的组件，并且在该处设置了主输入和输出端子；以及，控制隔室400(b)，其容纳电子系统，对应于控制、通信和能量计量功能以及一些其它保护机构。这两个隔室一起形成智能转换开关400的实施例，该智能转换开关400在某种程度上不同于先前的实施例，但体现了本文所述的发明构思的相同核心元件。

该示例性实施例的切换隔室400(a)包括：多个输入端子402、404，对应于连接所有三相所需的布线；以及来自源自两个电力源的三相Y形配置电源的中性保护接地导体，在这种情况下，两个电源是公用电网连接和柴油发电机组。电网输入端子402和发电机输入端子404分别连接到电网接触器408和发电机接触器410。两个接触器408、410与机械互锁机构412互锁在一起，形成接触器总成，该接触器总成是位于电力切换子系统下面的核心电力切换机构。接触器总成408、410、412中的接触器的输出连接在一起，使得任一输入源可向同一组负载提供电力。该输出布线进一步连接至负载输出端子406，在该处存在电气布线连接，以使建筑物的负载布线能够与三相Y形配置的供电布置连接。

电网和发电机输入线402、404在连接到它们各自的接触器单元408、410时，也可以分别与一组熔断器链路414、416形成连接，一个熔断器用于保护三相Y形配置电源的三个有效相中的每个有效相。这些熔断器链路414、416可以形成用于在主导电线和控制系统之间的过流保护的机构，该机构将监测和操作主电力切换机构。在该实施例中，熔断器链路414、416可以由安装在DIN导轨装载型熔断器支架内的4A类CC熔断器链路组成，但是应当了解，在不背离本发明构思的精神的前提下，许多相似的熔断器链路配置或诸如微型断路器之类的其它组件也可以用于实现相似的功能。来自熔断器链路414、416的输出的电源连接可以进一步连接到一组LED指示灯418、420，在该实施例中，设置为使得一个LED灯给出在来自电网和发电机输入源两者的三相电源的每个单独相上是否有电的指示，加起来总共有六个LED指示器。在电网电源的情况下，控制线可以进一步连接到电压监测继电器组件422，该电压监测继电器组件422用于在低电压或缺相的情况下禁止使用电网供电。该组件构成子系统的一部分，该部分保护用户避免连接到由于供电质量差而不希望出现的电力源。本领域技术人员将了解，可以根据用户的偏好以及可以连接在智能转换开关系统400下游的负载的灵敏度，将该继电器设置为变化的阈值，例如具有标称线电压的70％、90％或其它部分的最小电压截止。

在三相电源分别从电网电源输入和发电机电源输入连接到电压监测继电器422和LED 420之后，单相可在系统内进一步连接到单个旋转凸轮选择器开关424。作为在先前的示例性实施例中引用的选择器开关312、314的替代实施例，该开关可以起到使能手动回退模式的作用，并且可以包括来自电网和发电机输入的单相之间的连接，在开关的一种设置中，电网和发电机输入可以进一步同时连接到控制隔室400(b)内的高压/隔离板组件430，或者在开关的第二种设置中，仅电网输入可以连接到输出，该输出在通过延时继电器428之后，可以连接到电网接触器408的控制端子并启动它以切换到电网电源。类似地，开关的第三设置可以仅将发电机相位输入连接到输出，该输出在通过延时继电器426之后，可以启动发电机接触器410以从发电机电源供电。在该实施例中，延时继电器426、428可用于控制切换操作的定时，以确保在使用一个电力源和使用第二电力源之间施加一定时间间隔。在选择器开关424的最终设置中，控制信号可以与开关的所有输出断开，从而有效地将智能转换开关400置于关闭或待机模式，在该模式下将不利用电力源。

基于旋转凸轮选择器开关424的设置连接到高压/隔离板430的控制相被用作检测机构，以确定这两个电力源输入402、404上是否有电。如在先前描述的实施例中那样，在该实施例中，高压/隔离板430可以包括用于AC线检测的这些输入，并且还可以包括例如由机电或固态继电器驱动的输出。然后，这些输出可以连接回到切换隔室400(a)内的控制线，通过它们与延时继电器426、428的连接，这些控制线作用于接触器总成408、410上以执行切换动作。这些输出可以形成基础，在该基础上，控制系统通过驱动输出的继电器组件的操作，能够为智能转换开关400内的电力切换制定控制动作。高压/隔离板430还可以包括一系列来自电涌保护板432的输入连接，电涌保护板432本身可以建立与形成电力切换隔室400(a)内的负载输出电路406的三相电力线的连接。通过在负载端子406和电涌保护板432之间的引线式熔断器链路或断路器434的连接，可以保护这些线免受过流或短路事件的影响。电涌保护板432位于高压/隔离板430和过流保护设备434之间，可用于限制在高压瞬变或电涌事件期间在这些电力线上经历的峰值电压。高压/隔离板430利用来自电涌保护板432的这些连接，以及与被设置为捕获正在被输出到电源输出的三相中的每一个相上的建筑物负载的电流的一组电流感测设备436(例如，电流变换器)的进一步连接，包括用于对负载输出进行能量计量的组件、以及用于导出内部低压电源轨的组件，这些内部低压电源轨用于为驻留在高压/隔离板430、低压/控制板438、电涌保护板432和显示板446上的电子设备供电。

在该实施例中，低压/控制板438借助于可堆叠的引脚插头440连接到高压/隔离板430，但是可以借助于线对板或板对板连接器解决方案来连接，这些解决方案允许在两个电路板之间进行电力线和信号线的互连。低压/控制板438可以包括以下部件：诸如i)主微控制器单元，其充当智能转换开关400的主处理器；ii)蜂窝调制解调器，其与附接的蜂窝天线442一起，允许连接到蜂窝网络以将信息传输到互联网或其它网络；iii)存储器存储组件，诸如用于数据的非易失性存储的闪存或用于智能转换开关400的操作的计算机可读指令；iv)其它组网组件，诸如用于本地无线网络通信的第二无线电设备或用于诸如RS-485或Modbus之类的有线通信协议的收发器，它们中的一个或两个都可以用于与外围监测设备进行通信，如图5中进一步描述的；v)电池充电和充电状态追踪组件，其与电池组444的进一步连接有关，以当电网或发电机电力源均未连接在智能转换开关400内时向电子系统提供电力；或者，最终vi)继电器，该继电器在启动时将远程启动信号发送到所连接的发电机，使得它将开始运行并向发电机输入端子404提供电力。低压/控制板438还包括与用户界面元件的连接。在该实施例中，可以通过连接显示板446提供系统状态的指示，该显示板446可以包括具有背光功能性的LCD字符显示器。可以通过四个已连接的按钮开关448的连接来收集用户输入，按钮开关448通常对应于用于指示电网、发电机之间的或没有一个的期望电力源的三个按钮、以及用于LCD显示器446的操作的最终按钮，该按钮可以用来启用或禁用背光以及循环显示智能转换开关400的操作状态的各种参数。

接下来，参照图5，图示了根据示例实施例的包括云组件的智能转换开关通信接口500的图。接口连接图包括云软件块502，该云软件块502具有用于数据分析、建模、机器学习和预测分析的块502(a)，并且与用于数据存储的块502(b)具有双向连接，该用于数据存储的块进一步连接至内部数据管线502(c)和实时事件服务502(d)两个块。数据存储502(b)可以对应于存储器，其可以包括配置为存储数字数据的任何类型的集成电路或其它存储设备，包括但不限于只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性随机存取存储器(“NVRAM”)、可编程只读存储器(“PROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、动态随机存取存储器(“DRAM”)、移动DRAM、同步DRAM(“SDRAM”)、双倍数据速率SDRAM(“DDR/2SDRAM”)、扩展数据输出(“EDO”)RAM、快速页面模式RAM(“FPM”)、延迟减少的DRAM(“RLDRAM”)、静态RAM(“SRAM”)、闪存(例如NAND/NOR)、忆阻器存储器、伪静态RAM(“PSRAM”)等。用于存储数据的数据存储或存储器502(b)可以包括在机器学习和预测分析502(a)执行专用算法时可能具有附加行和列的自参照表。内部数据管线502(c)处理来自智能转换开关506和任何外围设备508(a)的所有传入数据，对该数据执行任何所需的变换或排序，并将其存储在已提供用于此类数据存储的一个或多个数据库502(b)中。实时事件服务502(d)在软件云基础设施中占据着类似的角色。该系统负责处理来自智能转换开关506的所有传入实时系统事件，组织这些事件，并将其广播到除主API 502(e)之外的各种微服务。可以通过一系列消息传递队列来实现此广播，在这些消息传递队列中，将实时事件与具有某些标记和参数的消息交换排成一个队列，以便适当的软件服务接收消息。

囊括了学习和数据分析502(a)、数据存储502(b)、实时事件处理502(d)和内部数据管线502(c)的主要云软件组件均连接到API(应用用户界面)502(e)，API502(e)与用户应用504连接，以与智能转换开关设备及其已经收集的数据进行远程交互。用户应用504可以通过例如但不限于手持设备或膝上型计算机来访问，并且可以包括交互式图形用户界面(GUI)，用户可以与交互式图形用户界面(GUI)交互以提供输入并从其检索信息。用户应用内的这些信息输入和输出可以发起要在智能转换开关设备上采取的动作，例如在用户已经更改了操作模式设置或已经请求立即更改电力源的情况下。它还可以简单地查看当前系统状态或实时电力参数，诸如当前的操作电力源或当时来自负载的功耗。云软件块通过WAN(广域网)连接被连接到智能开关设备506，并且还通过LAN(局域网)连接被连接到本地纳米电网块508。该连接可以经由有线或无线通信解决方案进行，包括Modbus网络有线通信、Zigbee或LoRa无线网络形成、直接蓝牙或其它2.4GHz无线协议或其它专用组网协议。本地纳米电网块508包括多个通信节点508(a)，用于监测和控制能量系统内的资产，例如，柴油发电机508(b)、混合逆变器系统508(c)或其它能量资源/监视器/智能负载508(d)。在此系统中连接的通信节点508(a)可以包括被配置为向智能转换开关系统提供数据或控制能力的任何设备，例如但不限于，感测太阳能阵列产量的设备、逆变器系统的输出、油箱中的油位或诸如发电机组之类的能量资产的警报状态。

图6描述了过程600，通过该过程600，智能转换开关606收集数据以将其存储在由云软件架构托管的数据库中。基于某些条件或参数的测量，数据源自能量资产602。能量资产602可以是产生能量的设备，诸如发电机、太阳能阵列或电网连接；存储能量的设备，诸如电池组或压缩空气存储设备；消耗能量的设备，诸如空调、热水器、水泵或照明器材；或者用于发送或转换能量的设备，诸如配电板、逆变器或导线。能量资产602可以进一步理解为可以产生与智能转换开关606的操作有关的数据的任何设备或条件。这可以包括例如但不限于监测天气条件、空气温度或建筑物占用情况的设备。通过监测该能量资产602的参数或条件而创建的数据可以直接由智能转换开关606或由外围监测设备604收集，外围监测设备604如前所述被配置为共享与智能转换开关606的本地网络连接，以便在从能量资产602收集之后将收集的数据发送到智能转换开关606。利用本文所述的集成型专用网络连接性，智能转换开关606将通过首先将数据发布到物联网云平台608来把该数据发送到本文所述的软件云系统，该物联网云平台608用于管理直接的设备到云的交互。可以经由例如发布-订阅机构来发送数据，其中，物联网云平台608已经订阅了所接收到的源自智能转换开关606的已发布数据分组。已经由物联网云平台608接收到的数据还经由例如web挂钩消息被发送到数据管线服务610。数据管线服务610可以负责诸如解析、清理、聚合或以其它方式操纵传入数据之类的动作，以便正确地构造传入数据以供存储。在数据操纵之后，数据管线610可以将传入数据写入一个或多个数据库612中进行存储。这些数据库612可以包括例如关系数据库或时间序列数据库。数据管线610将负责构造查询，使得数据被正确地写入适当的数据库612，从而完成数据存储过程。

图7图示了典型的过程700，通过该过程700，用户可以从用户应用712请求并接收与例如系统状态或当前功耗值相对应的实时数据。发起所述过程700，用户可以例如经由移动电话或web接口从应用712内请求实时参数。该请求的信息可以对应于功耗值，诸如正被利用的实时电力、当前由哪个源供电、正在产生多少太阳能、或者电池组的当前充电状态是什么等其它可能的值。已在用户应用712中注册的该请求首先被发送到应用程序接口(API)710，该应用程序接口(API)710是web服务，其管理在用户应用712与其它软件服务之间的数据和信息流，并且除了其它任务之外还可以经由加密密钥处理对用户登录会话和密码信息的管理。在接收到来自用户应用712的请求之后，API710会进一步将该请求发送到物联网云平台708，如前所述，物联网云平台708具有在云软件系统和智能转换开关设备706之间直接进行信息转换的主要能力。物联网云平台708可以请求该信息一次，或者在初始请求失败的情况下多次请求该信息，直到到达生存时间段的一些时间，此时，如果请求不成功，它可能会超时。在成功向智能转换开关706请求信息后，如果所请求的信息在直接存储在设备内的存储器内是可用的，则智能转换开关706可以立即用所请求的信息进行响应，或者它可以对传感器或系统状态进行测量或读取，以便提供关于所请求参数的最新信息。如果外围监测设备704是能够收集用户最初已请求的信息的设备，例如通过测量所连接的能量资产702，则智能转换开关706还可以将对数据的请求进一步发送到该设备。无论采用何种收集机构，一旦请求的信息已由智能转换开关706收集或标识，数据便会经由通过前述类似机构进行的从智能转换开关706到物联网云平台708的传输而被返回到云。所请求的数据将通过网络挂钩或类似的数据传输机构从物联网云平台708返回到API 710。最后，API 710将所请求的数据提供回用户应用712以在用户界面上显示。如果必须从外围设备704测量或收集数据，则整个往返过程可能只需要几毫秒即可完成，或者最多需要几秒钟。这种性质的请求还可以在加载特定接口时定期地从用户应用程序712发起，以便异步地维护用户界面中可能的最新信息。

返回参照图5，机器学习和预测分析502(a)对应于由处理器执行的专用算法。在执行存储在存储器中的计算机可读指令时，处理器被配置为基于从智能转换开关设备收集的历史和实时数据两者以及其它外部数据集(诸如天气预报数据)来确定最佳操作动作。在针对给定系统收集历史数据时，除其它可能的因素外，还基于诸如能耗、公用电网可用性和太阳能产量等因素，处理器将建立能量系统模型。该模型化的能量系统包括系统中利用的主要能量资产以及与这些资产相对应的参数和值。例如，给定利用发电机组、太阳能光伏阵列、电池储能组和混合逆变器系统的系统，该模型将包括这些资产的存在、这些资产之间形成的电气连接、以及每个资产的相关额定值。在该示例中，那些额定值可以包括但不限于发电机的峰值功率额定值及其燃料箱的大小、太阳能阵列的峰值功率额定值、电池储能组的电压和容量、最大充电率以及混合逆变器的峰值功率输出。

在示例实施例中，处理器将测试操作规则和策略，该操作规则和策略用于针对历史数据运行系统并标识用于利用诸如电池组和发电机单元之类的资源的最佳阈值。将对被建模的组件及其参数进行对规则的测试。例如，发电机可以具有最小负载和最大负载，在该最小负载下发动机的效率明显降低，而其在最大负载下则不能操作。类似地，逆变器可以具有最大功率输出，并且电池可以具有与其化学性质相关联的最大放电深度。这些参数可以直接设置为操作阈值，也可以在频谱上进行测试以确定最佳操作阈值。例如，可以针对一组代表性数据对系统进行建模以便确定电池组的最佳充电和放电阈值，以使太阳能自耗最大化；或者，如果在对代表性数据集进行测试时，确定保持较高的电池容量将会增加电池的整体使用寿命并实现最佳的系统生命周期成本节省，则可以设置经调整的最大放电深度。实时地，随着系统事件的发生，处理器可以将传入的系统事件和状态值与这些操作阈值进行比较，并且针对为了实现最佳成本效益而对资源的使用或系统的一些其它因素做出确定。当用户需要特定的操作模式时，可以在任何时候通过直接的用户干预来覆盖处理器。随着时间的推移收集其它数据，可以将该其它数据包括在系统的历史记录中，并且在使用模式、电网性能或其它外部条件发生变化的情况下，可以以一定间隔执行模型优化过程以更新操作阈值。

如本文使用的，处理器、专用处理器、专用微处理器和/或数字处理器可以包括任何类型的数字处理设备，诸如但不限于数字信号处理器(“DSP”)、精简指令集计算机(“RISC”)、通用(“CISC”)处理器、微处理器、门阵列(例如，现场可编程门阵列(“FPGA”))、可编程逻辑设备(“PLD”)、可重配置计算机结构(“RCF”)、阵列处理器、安全微处理器、专用处理器(例如神经形态处理器)和专用集成电路(“ASIC”)。这种数字处理器可以被包含在单个整体集成电路管芯中，或者分布在多个组件中。

图8图示了根据示例实施例的使用来自云的信息和本地信息的通用决策逻辑的流程图800。在步骤802中系统以给定状态操作，其中，当在步骤804中发生系统事件时，在步骤806中将系统事件和状态发送到如图5所示的云软件系统。灵活智能的转换切换系统的状态与供电源和负载配置有关。可以通过将向一个或多个负载(诸如主板负载、临界负载)提供能量或向公用电网输出电力的一种或多种源(诸如公用电网、发电机、太阳能光伏板或电池组)的组合来评估状态。系统事件与系统特性的变化有关，这可能会改变系统状态。例如，系统事件可以包括电网变得可用或不可用、电池组达到预设的放电水平或太阳能阵列开始输出高于某个电源阈值的情况。在步骤808中云系统检查是否启用了自动操作模式，并且如果是，则在步骤810(a)中将系统状态和事件与在其存储器中保存的操作阈值进行比较。如果没有启用自动操作模式，而是系统当前正在以手动模式操作，则系统将不采取自动控制动作，但是最终将在步骤810(b)中向用户应用生成通知。在与所保存的操作阈值进行比较之前，在步骤812中检查操作模式的类型。将基于用户对所期望的优化和自动化的类型和级别的偏好来确定操作模式的类型。这些模式的可能性的示例包括：例如但不限于，i)ATS模式，在该模式下，在没有电网电源时通过发电机供电；ii)混合模式，在该模式下，在启动发电机之前使用电池和太阳能电源，直到已经达到电池充电状态的特定阈值为止；iii)延迟模式，在该模式下，系统将在电网停电后在启动发电机之前延迟设定的时间段；或者iv)节能模式，在该模式下，将利用全套预测参数以尝试最大化效率并减少整个能量系统的排放，例如通过最大化自耗和最小化太阳能光伏资源的削减。在步骤814(a)中为优化模式的情况下，基于历史趋势来生成预测参数，或者在步骤814(a)中为简单操作模式的情况下，可以仅基于保存的操作阈值和规则来采取控制动作。优化算法可以处理实时状态、用户偏好/设置以及预测参数，并且可以在步骤816中为优化操作模式的情况下确定最佳动作。然后，在步骤818中自动采取最佳控制动作。在步骤820中用户命令或发出进行查询的状态下，在步骤822中根据响应于查询而返回的用户命令或数据来采取控制动作。系统状态更新云824以用于将来的事件，并且用户接收系统状态更新通知826。这种更新通知可以是文本消息、电子邮件或推送通知的形式，其可以被发送到用户所操作的设备。

图9更具体地描述了过程900，通过该过程900，源自安装了智能转换开关906的能量系统的事件可以发起决策过程800，该决策过程800最终可以导致基于自动化过程采取操作动作。通过说明由智能转换开关和云软件系统之间的集成连接性所创建的自动操作决策框架中的每个步骤可能会涉及哪些系统和系统组件，该图进一步扩展了图8中提供的一般描述。可以基于能量资产902的状态的离散变化来创建系统事件，例如但不限于，电网电力源变得可用或不可用、发电机源接通或关断、或系统警报的触发或解决。当连续参数值超过设置的阈值时，也可以创建系统事件。这种情况的示例可以包括：太阳能产量上升到某个电源水平以上；电池的充电状态下降到某个水平以下；或者智能转换开关906的负载输出上的功耗超过阈值，表示高用电量或低用电量。一旦创建了此处描述的任一种类型的系统事件，并且直接源自智能转换开关906或者源自如上所述的经由本地网络连接到智能转换开关906的外围监测设备904，系统事件将由智能转换开关系统906进行注册。在此阶段，智能转换开关906可以将事件与一组内部操作规则或阈值进行比较。在任何发送到更广的网络之前执行的该本地检查可以是针对离散规则的简单检查，诸如是否应在电网故障后自动启动发电机，或者在一些实施例中可以包括利用预测算法或分析算法，该预测算法或分析算法相对于设备自身是本地的并且在存储器中被执行。该过程可以导致由智能转换开关906采取的即时自动动作，或者该过程还可以经由与物联网云平台908的初始通信进行将系统事件发送到云的过程。

已经通过经由物联网云平台908的初始接收到达云软件系统的系统事件将被发送到实时事件服务910。在实施例中，该Web服务负责排序、解析系统事件，并且负责通过软件云系统在可以是交互以形成云软件系统502的完整结构的一个或多个web服务之间进行系统事件的结构化传输。实时事件服务910可以由例如一系列消息代理组成，这些消息代理利用队列机构来组织系统事件并指示哪些服务应响应给定事件。在实施例中，这将至少包括：经由消息队列将系统事件发送到用户应用912(其中该事件可以通过诸如推送通知、SMS或电子邮件通知之类的警报来注册)、发送到数据库914(其中该事件的记录将被存储以便以后可以访问和分析)；并且发送到操作算法服务916，操作算法服务916将处理传入的系统事件，以确定是否应响应于该事件采取任何自动动作。该软件服务916将负责：例如，与上述决策过程800相关地确定是否为所讨论的系统启用自动操作模式，并且如果是，则确定要利用哪种类型的操作模式。如果确定为“是”，则启用自动操作模式，并且该模式例如包括围绕即将到来的参数值的预测的操作阈值，操作算法服务916可以查询软件系统内的一个或多个数据库914并利用预测模型和特定分析918来接收一个值，该值表示通过使用预测模型918结合历史数据所估计的未来事件发生的可能性或某个参数的可能未来值。在完成接收预测分析值的过程之后，操作算法服务916可以将该值与已建立以指示系统的最佳操作的阈值进行比较。在将值与阈值进行比较时，服务将确定是否应经由智能转换开关906或其它控制器外围监测设备904的操作对系统采取任何控制动作以及应采取何种控制动作。如果是，则将针对该动作的请求发送到API 920，以进一步发送到物联网云平台908，最终直接发送到智能转换开关906，在智能转换开关906处，该动作将由智能转换开关906立即采取，或被广播到可能会采取该自动动作的外围监测设备904。通过该过程，可以通过云软件服务502处理由智能转换开关906发送的实时系统事件，采用高级分析和建模来通知智能转换开关的最佳操作动作并补充相对于物理单元是本地的任何内部决策。这两个决策过程的集成提供了一定程度的动态控制和灵活性，允许智能转换开关在各种变化的条件下，甚至在首选的操作模式根据所需的一个或多个优化参数而变化时，也能发挥最佳功能。

操作决策场景的启用示例：

以下场景通过定义某些示例性条件和事件并具体指示系统在这些条件下如何响应和采取行动，来说明并具体化上述操作决策和过程的采样。

在第一个启用示例场景中，我们考虑如图1所示的系统，该系统当前正在从公用电网源向负载供电。在此状态下操作时，公用电网源变得不可用，断开了负载的电源。智能转换开关从其内部存储器确定它应该在“ATS模式”下操作，在这种模式下，一旦发生电网中断，应立即接通发电机。因此，使用远程启动信号来启动发电机，并且在发动机预热期之后将负载切换到发电机上。然后，系统继续为发电机的负载供电，直到电网电源再次变得可用为止。感测到此事件后，智能转换开关将负载返回到电网电力源，并在此切换和发动机冷却期之后，通过消除远程启动信号来关断发电机。

在第二启用示例场景中，我们再次考虑如图1所示的系统，该系统当前正在从公用电网源向负载供电。在这种场景下，公用电网源再次变得不可用，断开了负载的电源。在这种情况下，智能转换开关确定将其设置为“延迟模式”，并发起与云的通信过程，以确定在电网故障后发起向发电机组转换之前应施加的延迟时长。在这种场景下，云软件系统响应该请求：指示根据当前已经为设备设置的自动操作模式首选是两个小时延迟的时段。用户可以通过使用诸如移动应用或Web应用之类的用户界面来设置特定的延迟时段，或者可以由系统基于先前对该能量系统执行的分析自动设置特定的延迟时段，该分析表明：基于例如典型的能耗模式以及它们与电池组充电状态、建筑物内的温度等因素的关系，最佳的延迟时间是两个小时。因此，智能转换开关会开始两个小时的定时器，在定时器到期时，如果电网供电尚未再次变得可用，它将会运行发电机。在这种场景下，一小时后，用户可以确定在经过两个小时的延迟窗口之前，他们需要增加电源容量。用户从移动应用界面请求立即切换到发电机。经由API和物联网云平台发送到智能转换开关的该请求将覆盖当前的自动操作模式，并且，尽管两个小时的时段尚未结束，但仍会立即发起切换到发电机。与前面的示例一样，发电机经由远程启动信号启动，并且在发动机预热期过后将负载切换到发电机上。

在第三启用示例场景中，我们考虑如图1所示的系统，其中已安装外围监测设备并将其配置为通过混合逆变器系统(包括太阳能光伏阵列和电池储能组)提供监测和控制功能性。在这种场景下，系统当前被配置为使公用电网电源用于为建筑物的负载供电，并且还通过混合逆变器系统为电池组充电。经过一段时间后，电池组将充满电，并且会生成系统事件来标记电池充电周期已结束。该事件首先由外围监测设备生成，该外围监测设备已被配置为追踪电池组的充电状态。它经由无线通信协议传送到智能转换开关，在接收到该事件并确定系统的当前操作模式为“节能模式”(在该模式下，应该进行操作，使得它们为了减少排放和最大太阳能自耗而进行优化)时，智能转换开关将该事件发送到云软件系统以进行进一步处理，并确定是否需要对系统采取进一步的控制动作。在云软件系统内，事件信息存储在数据库中，并且也馈入到操作算法中。在此示例场景中，操作算法对两个关键参数执行预测分析，这两个参数是在即将到来的一段时间内建筑物中的预期能耗、以及在即将到来的一段时间内预期的太阳能产量。此时间段可能会根据实际情况而有所不同。为了清楚起见，在此示例场景中，我们将认为系统已在给定的一天的上午8:00发起了此过程，并考虑了即将到来的7个小时的时间段，但可以理解的是，可以在一天中的任何时候发起此过程，并且，在不脱离所公开的发明构思的精神的情况下，可以考虑改变预测时段。利用基于从该站点收集的历史能耗数据以及该站点所在地理位置的天气预报分析数据进行的预测分析，该操作算法确定该时间段的预期太阳能产量在上午11:00到下午3:00之间为10kWh。该操作算法还确定预期能耗在上午8:00至上午11:00之间为8kWh，在上午11:00至下午3:00之间为4kWh。基于这些预测数字，可以确定很可能会浪费太阳能，因为预测的消耗值比同时间段的预测产量低6kWh。因此，为了使太阳能源的自耗最大化，该操作算法生成与公用电网电力源断开连接的结果动作。因此，在上午8:00到上午11:00之间，利用电池储能组的能量，消耗了其充电容量中的8kWh。此后，在上午11:00到下午3:00之间，产生了10kWh的太阳能，负载进一步消耗了4kWh的能量。由于电池容量的先前耗尽，因此由太阳能光伏阵列产生的6kWh过量被存储在电池组内，同时还满足了负载需求。在该时间段结束时，电池储能系统的净放电量为2kWh，并且太阳能阵列在任何时候都没有被迫削减产量。操作决策中的此类优化可以利用许多因素，包括但不限于此处所述的能耗和太阳能产量估算。该示例场景说明了一种方式：其中，分别被源自能量资产或能量参数的状态或值的实时事件触发的集成系统可以利用当前数据、历史趋势以及预测估值或预报来达成最佳操作决策，以便实现太阳能自耗的最大化。结合先前的启用示例，它进一步说明了通过设置各种“模式”来灵活且动态地建立该最大化目标的方式，这些“模式”决定了操作决策所涉及的过程和系统组件。

在第四启用示例场景中，我们再次考虑如图1所示的系统，该系统具有如先前示例场景中配置的外围监测设备。在这种场景下，系统在没有公用电源或发电机供电的情况下操作。电池储能组已经为负载供电了一段时间，并且被耗到例如60％的充电状态。此时，用户从诸如移动应用或Web应用之类的用户界面发起启动发电机的请求，以便向建筑物中未由混合逆变器后备电源供电的较大负载供电。该请求最初由应用程序接口处理，然后立即被发送到智能转换开关，并经由远程启动接口启动发电机。同时地，与所请求的向发电机供电变化相对应的新事件在云软件系统内被发送到实时事件处理服务以及相应地发送到操作算法。在这种场景下，用户偏好指示最重要的优化参数是成本，并且应基于最低成本选项制定操作决策。假设来自已经安装的太阳能光伏资产的太阳能产量不产生边际成本，例如通过使用燃料或需要购买公用电网信用额度，那么太阳能产量是能量系统内成本最低的资源。因此，操作算法将确定太阳能是否可用于为电池组内的可用容量充电。在这种场景下，确定不会在可接受的对电池组充电的窗口内发生太阳能产量。然后，该操作算法将对公用电网的可用性进行预测分析，因为从公用电网提供的电力的成本明显低于从发电机电源提供的电力。基于该建筑物和附近物业的电网可用性的历史趋势的预测分析结果表明，很有可能在可接受的电池充电窗口内恢复公用电力。因此，确定不应利用发电机源来给电池组充电。操作算法向智能转换开关发起控制命令，智能转换开关进一步将该命令发送到被配置为控制混合逆变器充电模式的外围监测设备，并且相应地暂时禁止对电池充电。一段时间后，公用电网恢复供电。立即将负载转换到电网电力源，并通过消除远程启动信号来关断发电机组。智能转换开关将这些事件发送到云软件系统，云软件系统在结合操作算法中的最新变化之后，既然已经建立了公用电网源(一种低成本的电源)，则发出重新发起电池充电的命令。该命令再次经由智能转换开关发送到外围监测设备，并且在使用公用电网电源的情况下，在下一个时间段内对电池组进行充电。在此示例中，智能转换开关系统展示了利用分层决策逻辑在能量系统的自动操作中保持灵活和智能的能力。基于用户的即时偏好来执行切换到发电机电源，但是在用户采取动作的条件下，仍可以利用基本的操作逻辑和预测分析来最大程度地优化成本结果。

本文公开的发明构思涉及一种用于从多个电力源输入向负载输出供电的系统，在实施例中，该系统包括：存储器，在其上存储有计算机可读指令；以及至少一个处理器，其被配置为执行计算机可读指令，以：从多个源收集数据，该数据对应于例如但不限于能耗、公用电网可用性和太阳能产量；基于从多个源收集的数据建立模型；以及基于收集到的数据，测试用于运行系统的操作规则和策略集。

本文公开的发明构思涉及一种用于从多个电力源输入向负载输出供电的装置，在实施例中，该装置包括：至少两个输入，包括第一输入和第二输入，第一输入通常但不排他地对应于电网电源，而第二输入通常但不排他地对应于发电机电源；第一电力切换组件和与第一电力切换组件保护性地互锁的第二电力切换组件，其中，第一输入耦合到第一电力切换组件，而第二输入耦合到第二电力切换组件。

对特定实施例的前述描述将如此充分地揭示本文中的实施例的一般性质，以至于其它人可以通过应用当前的知识而容易地修改和/或适应于这样的特定实施例的各种应用，而不背离通用构思；因此，这样的改变和修改应当并且旨在被理解为在所公开的实施例的等同形式的含义和范围内。应当理解，本文采用的措词或术语是出于描述的目的而非限制。因此，尽管已经根据优选实施例描述了本文的实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的精神和范围内进行修改来实践本文的实施例。

本发明构思要求保护一种包括电力切换子系统的设备，该设备可以主要通过致动一对机械互锁的接触器总成来工作，其中机电线圈通过由数字逻辑驱动的继电器供电。该逻辑由控制系统根据自动生成的切换命令，通过数字接口内的用户动作或通过用户启动物理设备上的按钮开关来决定。这些各种输入在确定开关的操作中的组合允许本发明构思实现电力切换系统的新颖水平的灵活性和动态决策。电源系统还可以包括用于手动回退操作的部件，在手动回退操作中，来自传入能量源的电力借助于手动操作的选择器开关或多个选择器开关被用来直接接合接触器线圈，在利用该手动模式的同时，该多个开关同时使控制子系统不能对电力切换机构起作用。

本发明构思要求保护一种设备，该设备包括能量计量子系统，以允许完全监测和计量提供给开关的负载输出的能量，包括对多达三个有效相的电流测量和电压测量，具有对正向和反向能量流进行计量的能力、以及诸如功率因子、电压、频率和相位平衡之类的电力质量指示器。例如，如在三相Y形电源中所配置的，相对于中性导体，每个相对应于与其它相相差120度的电压信号。

本发明构思要求保护一种设备，该设备包括控制和通信子系统，该控制和通信子系统结合有集成专用网络连接性设备，例如蜂窝网络模块以及用于通信的有线或无线局域网模块，从而允许可以直接与互联网/云以及本地网络上的其它外围设备交换信息。通过蜂窝模块与软件云基础设施的信息交换允许硬件和软件层的集成，以创建完整的管理平台，在该平台中，可以通过外部数据集和结合有例如基于模型的优化参数或基于历史数据趋势的预测分析的专用算法的输出命令，来通知围绕电力切换系统操作的决策。

本发明构思要求保护一种设备，该设备包括与互联网的专用集成连接。本发明构思确保了操作逻辑不受仅在单个设备的上下文内可访问的信息的约束，并且如结合图7的描述所描述的，用户命令/设置/偏好可以被远程访问和更新。此外，对信息进行评估以确定在任何给定时刻的最佳操作策略。为了实现对切换设备的实时远程访问的益处，本发明构思的完整实施例可以包括云软件基础设施，以提供用于用户与切换系统进行交互的远程接口。

本发明构思还要求保护一种设备，该设备包括集成型电力切换子系统、能量计量子系统、以及控制和通信子系统，即如本文所述的三个子系统。此外，本发明构思还可以要求保护一种与网络(诸如互联网)的专用集成连接以及云软件基础设施，该云软件基础设施被有针对性地设计为支持关键数据的收集以及所连接的智能转换开关单元的实时优化操作，如本文所述。

在本发明构思的实施例中，系统处理器利用专用算法来以相应的益处操作切换设备。系统可以记录历史数据并监测供电事件，从而允许算法基于一个或多个目标参数(包括但不限于系统效率、成本、排放或电源质量)的优化来确定系统的最佳操作策略。例如但不限于，如果处理器的算法基于历史数据或当前供电事件，识别出在将来的一定时间内发生供电减少或断电，则系统将确保发电机、电池组或其它备用电源将在必要的时间可用并可操作。在另一非限制性示例情况下，专用算法将利用历史数据来创建太阳能产量和能耗的预测参数，以确定在即将到来的几个小时内太阳能产量可能供过于求。在这种情况下，系统将优先使用存储在导致此事件的电池组中的能量，以便创建空的电池容量以存储预测的太阳能过剩。在第三非限制性示例中，该算法将评估历史能耗趋势以及用户设置偏好，以确定系统可能很快需要增加电源容量，并且如果其它能量源无法满足该增加的容量，则将启动已连接的发电机，从而确保不限制用户的电源可用性。

将认识到，虽然根据方法的特定步骤顺序描述了本公开的某些方面，但是这些描述仅是本公开的更广泛方法的说明，并且可以根据本申请的要求进行修改。在某些情况下，某些步骤可能变得不必要或是可选的。另外，某些步骤或功能性可以被添加到所公开的实施方式中，或者可以改变两个或更多个步骤的执行顺序。所有这些变化都被囊括在本文公开和要求保护的公开内容之内。本公开提到了“互联网”，但是将了解的是，在不背离本公开的细节的情况下，可以使用任何网络。

尽管上面的详细描述已经示出、描述并指出了本公开的新颖特征，该新颖特征适用于各种实施方式，但是应当理解，在不脱离本公开的情况下，本领域技术人员可以对所示出的设备或过程的形式和细节做出各种省略、替代和变化。前述描述是当前预期用于执行本公开的最佳模式。该描述绝不意味着是限制性的，而应被认为是对本公开的一般原理的说明。本公开的范围应参考权利要求书确定。

尽管已经在附图和前述描述中详细示出和描述了本公开，但是这样的示出和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的。本公开不限于所公开的实施例。通过学习附图、公开内容和所附权利要求书，本领域的技术人员在实践要求保护的本公开时可以理解和实现所公开的实施例和/或实施方式的变型。

应该注意的是，当描述本公开的某些特征或方面时，使用特定术语不应被认为暗示该术语在本文中被重新定义为被限制为包括与该术语相关联的公开内容的特征或方面的任何特定特性。除非另有明确说明，否则本申请中使用的术语和短语及其变型，特别是在所附权利要求书中，应被解释为是开放式的而不是限制性的。作为前述的示例，术语“包括”应被理解为表示“包括但不限于”、“包括但不被限制”等；如本文所用，术语“包括”与“包括”、“包含”或“特征在于”同义，并且是包括性的或开放性的，并且不排除其它未叙述的要素或方法步骤；术语“具有”应解释为“至少具有”；术语“诸如”应解释为“诸如但不限于”；术语“包括”应解释为“包括但不限于”；术语“示例”用于提供所讨论项目的示例性实例，而不是其详尽或限制性的清单，并且应解释为“示例，但不限于”；诸如“已知的”、“正常的”、“标准的”的形容词和类似含义的术语，不应解释为将所描述的项目局限在给定的时间段内或局限于在给定的时间内可用的项目，而应被理解为囊括了现在或将来任何时候可能可用或已知的已知、正常或标准的技术；以及使用如“优选地”、“优选的”、“所需的”或“期望的”之类的术语和具有类似含义的词语不应理解为暗示某些特征对于本公开的结构或功能是关键的、必要的甚或是重要的，而是仅旨在强调在特定实施例中可能会或可能不会被利用的替代或附加特征。同样，与连词“和”连用的一组项目不应理解为要求这些项目中的每一个都存在于分组中，而是应理解为“和/或”，除非另有明确说明。类似地，与连词“或”连用的一组项目不应被理解为要求该组之间具有相互排他性，而应被理解为“和/或”，除非另有明确说明。术语“大约”或“近似”等是同义词，用于表示由该术语修饰的值具有与其相关联的可理解范围，其中范围可以是±20％、±15％、±10％、±5％或±1％。术语“基本上”用于表示结果(例如测量值)接近目标值，其中接近可能表示：例如，结果在该值的80％以内、在该值的90％以内、在该值的95％以内、或在该值的99％以内。而且，如本文所使用的，“定义的”或“确定的”可以包括“预定义的”或“预确定的”和/或确定的值、条件、阈值、测量值等。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于从多个电力源输入向负载输出供应电力的系统，包括：

电力切换子系统；以及

控制和通信子系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制和通信子系统被配置有：

与网络的集成专用连接；

存储器，所述存储器能够存储计算机可读指令；以及

至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为执行所述计算机可读指令。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括：

云软件系统，所述云软件系统被建立为或者被适配成与包含所述电力切换子系统的物理系统进行通信。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理器被配置为执行所述计算机可读指令：

从多个源收集、存储和更新数据，所述数据对应于以下至少一项：所述切换系统的状态、所述电力供应的特性、所述系统的其它控制参数或其它可用数据集；

将所述数据发送到所述云软件系统；

接收来自所述云软件系统的命令；以及

基于接收到的所述命令致动所述系统内的物理变化。

5.根据权利要求3所述的系统，还包括：

与网络的集成专用连接，其中，所述连接用于从所述网络上的其它设备接收数据和向所述网络上的所述其它设备发送命令，以便为了收集更多数据并且将所述系统的控制能力扩展到所述电力切换子系统之外的其它物理系统。

6.根据权利要求2所述的系统，还包括：

能量计量子系统，所述能量计量子系统被配置为在所述负载输出上提供能量计量能力。

7.根据权利要求3所述的系统，其中，在包含所述电力切换子系统的所述物理系统与所述云软件系统之间的所述通信使得能够：

建立所述供电系统的软件模型；

利用所述软件模型来设置操作阈值，以围绕要对所述供电系统执行的控制动作做出决策；

通过操作算法处理实时系统事件，以确定要对所述供电系统执行的最佳控制动作。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述云软件系统还使得能够：

提供用户界面以允许查看已发送的数据；

经由文本消息、电子邮件或推送通知中的至少一种向所述用户提供实时警报；

允许由所述用户将远程命令信号发送到所述电力切换子系统，以在所述供电系统内发起偶尔会覆盖基于所述操作算法所采取的所述控制动作的控制动作。

9.一种确定供电系统中的操作动作的方法，包括：

在所述供电系统中注册系统事件；

将所述事件与内部操作规则集进行比较；

将所述事件发送到物联网云平台以及实时事件服务；

将所述事件发送到算法服务，以确定是否应响应于所述事件而采取自动动作；

接收与未来事件发生的可能性和供电系统参数的未来值中的至少一项有关的预测分析；

将预测分析值与已建立的所述能量系统的最佳操作阈值进行比较；以及

基于预测分析值与操作阈值的比较，来确定是否应对所述能量系统采取控制动作。

10.一种用于从多个电力源输入向负载输出供应电力的系统，包括：

存储器，在所述存储器上存储有计算机可读指令；

至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为执行所述计算机可读指令，以便：

从多个源收集数据，所述数据对应于能耗、公用电网可用性和太阳能产量；

基于从所述多个源收集的所述数据建立模型；以及

基于收集到的所述数据，测试用于运行所述系统的操作规则和策略集。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为执行所述计算机可读指令，以便：

标识用于利用多种资源中的至少一种资源的阈值；以及

基于至少一个目标参数的优化来确定对所述多种资源的使用。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为执行所述计算机可读指令，以便：

将收集的所述数据存储在所述存储器中，以及

基于从所述多个源收集的附加数据，用收集的所述数据更新所述存储器。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少一个处理器还被配置为执行所述计算机可读指令，以便：

向由用户操作的手持设备发送信息，所述信息是通过文本消息、电子邮件和推送通知中的至少一种来发送的。

14.一种用于向负载输出供应电力并且能够在多个电力源输入之间切换的装置，包括：

集成式电力切换子系统、能量计量子系统以及控制和通信子系统。

15.根据权利要求14所述的装置，还包括：

网络连接；以及

包括至少一个存储器和至少一个处理器的云软件基础设施，所述存储器包括存储在其上的计算机可读指令，并且所述至少一个处理器被配置为执行所述计算机可读指令以在云软件架构中执行专用算法，

其中，所述网络连接配置为：将所述云软件基础设施与所述集成式电力切换子系统、所述能量计量子系统以及所述控制和通信子系统中的至少一个相连接。

16.根据权利要求9所述的方法，还包括：

基于预测分析值与操作阈值的比较，来确定应对所述能量系统采取哪种控制动作；以及

执行所述操作动作。

17.根据权利要求7所述的系统，还使得能够：

从所述云软件系统向所述物理系统发送远程命令信号，以便触发所确定的最佳控制动作的执行。

18.一种从多个电力源输入向负载输出供应电力的方法，所述方法包括：

收集与所述多个电力源输入有关的数据；

测试用于运行所述电力系统的操作规则和策略；

标识用于利用供电资源的最佳阈值；

检查所述系统的操作模式；

接收与系统状态的变化相对应的实时事件；

确定是否应实时对所述系统采取操作动作；以及

对所述系统执行操作控制动作。

19.一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于从多个电力源输入向负载输出供应电力的指令集，所述指令集包括当由所述计算设备的处理器执行时使所述处理器执行以下操作的指令：

收集与所述多个电力源输入有关的数据；

测试用于运行所述电力系统的操作规则和策略；

标识用于利用供电资源的最佳阈值；

检查所述系统的操作模式；

接收与系统状态的变化相对应的实时事件；

确定是否应实时对所述系统采取操作动作；以及

对所述系统执行操作控制动作。