(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線接続されたノードの回路網についての電気的接続を決定するシステムであって、
電気的電力分配システムと、
前記電力分配システムに接続された複数のノードと
を備え、
前記ノードのそれぞれは、ノード電気信号が供給される方向が確定され得るように、前記ノード電気信号を供給し検出するように構成され、
当該システムは、前記ノード電気信号に基づいて、前記ノードの他のノードに対する配線構成を特定するように構成され、ダウンストリーム方向から到達する前記ノード電気信号を監視するノードは、ノード電気信号源のアップストリームである、システム。
【請求項２】
前記ノードの他のノードに対する前記配線構成を特定するためのプロセッサを備えた請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサはセントラルプロセッサである請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記セントラルプロセッサは、ブレーカー供給パネルに配置され、１又は２以上の位相を介して同時に通信するように構成された請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記ノードのそれぞれはプロセッサを備え、複数の前記プロセッサは、前記ノードの他のノードに対する前記配線構成を特定する請求項２記載のシステム。
【請求項６】
前記ノードは、そのステートを前記システムに通知するように構成された請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記ノード電気信号は、前記ノードによって生成された電圧信号であり、異なる信号アップストリーム対ダウンストリームを生成するために修正される請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ノード電気信号は増加負荷である請求項１記載のシステム。
【請求項９】
当該システムは、前記ノードを物理的位置と関連する位置にマッピングするように更に構成された請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数のノードのうちの少なくとも一つと通信するブレーカーを備え、前記ブレーカーがトリップした場合、前記ブレーカーは、該ブレーカーから少なくとも一つのノードへの通信を提供するように構成された請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記ノードは、自己給電され、前記ブレーカーがトリップした場合に通信するように構成された請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記ブレーカーは、該ブレーカーがトリップした場合、前記ノードに電力を供給するように構成された請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記複数のノードを特定するロールコールを起動し、同期化コマンドを発行することにより前記複数のノードを同期化し、前記ノードのそれぞれは、前記同期化コマンドを受信したときにラインサイクル番号を記録するように構成された請求項２記載のシステム。
【請求項１４】
電力使用、電流引き出し、電力ファクター、デューティサイクル、開始電流、遮断電流、スタンバイ電力、ライン電圧、電流波形、時刻、日付、位置、及び／又は環境条件などの、特性及び／又はそれらの相関関係の１又は２以上に基づいてノードに取り付けられた負荷を特徴づけ、
時間経過に伴う開始が検出される時間経過に伴う使用プロファイルを生成し、警報が送出されるか、変更が無視されるか、変更が記録されるか、または電力が遮断されるかのアクションのうちの一つがとられるように更に構成された請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
前記ノードのうちの少なくとも一つにより消費された電力について時間経過に伴うコストプロファイルを作成するように更に構成された請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
配線接続されたノードの回路網についての電気接続を決定するシステムであって、
共通バスに接続された少なくとも３つのノードを備え、
前記ノードのそれぞれは、ノード電気信号が供給される方向が確定され得るように、前記ノード電気信号を供給し検出するように構成され、
当該システムは、前記ノード電気信号に基づいて前記ノードの他のノードに対する配線構成を特定するように構成され、ダウンストリーム方向から到達する前記ノード電気信号を監視するノードは、ノード電気信号源のアップストリームである、システム。
【請求項１７】
２以上の共通バスが存在する請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
導電性経路と、
前記導電性経路と通信し、前記導電性経路における電流、及び／又は、前記導電性経路と他の位置との間の電圧を測定するように構成されたセンサと、
前記導電性経路と他の位置との間に接続された切替可能な負荷と、
前記センサ及び前記切替可能な負荷と通信し、このような他のノードから送出された信号の方向が確定されるように、ノード電気信号を供給し受信するように構成されたマイクロプロセッサと
を備え、ダウンストリーム方向から到達する前記ノード電気信号を監視するノードは、ノード電気信号源のアップストリームである、ノード。
【請求項１９】
前記ノードはユーザ検出可能な信号を含む請求項１８記載のノード。
【請求項２０】
前記導電性経路は前記ノードを通る請求項１８記載のノード。
【請求項２１】
前記導電性経路は、前記ノードから電気負荷に通じる請求項１８記載のノード。
【請求項２２】
前記導電性経路は、前記ノードの周辺を通り、前記センサは前記ノードに繋留(tethered)された請求項１８記載のノード。
【請求項２３】
意図しない電力消費を特定するための方法であって、
ノード電気信号に基づいて、少なくとも一つのアップストリームノード及び少なくとも一つのダウンストリームノードを特定するステップを含み、ダウンストリーム方向から到達する前記ノード電気信号を監視するノードは、ノード電気信号源のアップストリームであり、
前記方法は、
前記アップストリームノードを通じて伝送されて前記ダウンストリームノードに供給されるべき電力を特定するステップと、
前記アップストリームノードによって伝送された電力と前記ダウンストリームノードから引き出された電力または前記ダウンストリームノードを通じて引き出された電力との間の差分を決定するステップと、
安全でないレベルの意図しない電力消費が存在するかどうかを判定し、警報を発し、及び／又は、意図しない電力消費が発生したノードアップストリームから電力を除去するステップと
を含む方法。
【請求項２４】
前記アップストリームノードに関連する複数のダウンストリームノードを特定するステップと、前記ダウンストリームノードから引き出される電力又は前記ダウンストリームノードを通じて引き出される電力を合計するステップと、前記アップストリームノードによって伝送される前記電力と前記ダウンストリームノードから引き出される電力または前記ダウンストリームノードを通じて引き出される電力の合計との差分を決定するステップとを含む請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
マッピング方法であって、
それぞれがノード電気信号を供給し検出するように構成された電力分配回路網上の複数のノードと、前記ノードの他のものに対する前記配線接続構成を特定するためのプロセッサとを提供するステップと、
前記ノード電気信号に基づいて前記複数のノードを特定するロールコールを起動するステップと、
前記ノード電気信号に基づいて前記ノードの他のものに対する配線接続構成を特定するステップと
を含み、ダウンストリーム方向から到達する前記ノード電気信号を監視するノードは、ノード電気信号源のアップストリームである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年１０月２７日付けで出願された米国仮出願第６０／８６３３２８号と、２００７年６月１８日付けで出願された米国仮出願第６０／９４４６４５号の利益を主張するものであり、その開示内容は本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、自身を特定するように構成されたノードを含む配線回路網(a wired network)をマッピングし、他のノードに対するノード位置を決定し、電気配線図を生成するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ビルを建設するとき、設計図に電気設備の配置に関する詳細な計画がある場合とない場合がある。もしあれば、建築の過程で、元の計画は変更されないまま、顧客の要求の変更または電気技師の個人的な判断により“その場で(on the fly)”計画が頻繁に変わることがある。電気架設業(electrical installation job)は完結しており、典型的には、電気技師は、“ストーブ”、“冷蔵庫”、“２階のベッドルーム”、または、ことによると“フロントオフィス”のようなものを表す少しのワードを電気サービスボックスのカバー内部の紙ラベルに記すが、実際にどのデバイス（コンセント、スイッチなど）が特定の回路に接続され、または相互に接続されているかは謎のままであり、その答えは、壁の裏側または天井の上の配線のもつれの中にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気サービス(electrical service)に関する問題が存在する場合、及び／又は、ビル内で更なる作業が必要とされる場合、どのようにビルの配線が行われるかを検討するのに多くの時間が投入されることがある。例えば、どのように回路がレイアウトされているかを把握することが原因を把握し診断することの中核をなすので、安全性の問題を評価し診断することの試みは困難である。加えて、ビルに関する電気的な再作業(rework)が完了する前に、既存のデバイスがお互いに接続されていることを把握すること、及び、それらがどのブレーカー／回路に属しているかを把握することは重要である。
【０００５】
上述の事柄に加え、エネルギーコストと効率に関する関心の増加に伴い、家屋またはビル内での電力使用を適切にモニタする機能がこれまで以上に重要になりつつある。どのデバイスが特定の回路に接続されているかを把握すること、実際には、それらがどのように互いに接続されてビル内に物理的に配置されているかを把握することは、エネルギーがどこでどのように使用されているかについて、より多くの情報を提供する。電力の使用とコストをモニタすることは、電力システム上の負荷とコストの両方を低減するためには、どのように使用を調整すればよいのかについてのより良い理解をビルのオーナー及び／又は入居者に提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は、配線ノード(wired nodes)の回路網(network)についての電気的接続を決定するためのシステムに関する。本システムは電力分配システムを備え、この電力分配システムに複数のノードが接続される。上記ノードのそれぞれは、ノード電気信号が供給される方向が確定されるように、上記ノード電気信号を供給すると共に検出するように構成されてもよい。また、本システムは、上記ノード電気信号に基づいて他のノードに対するノードの配線構成(wiring configuration)を特定するように構成されてもよい。
【０００７】
本発明の他の態様は、配線ノードの回路網のための電気的接続を決定するためのシステムに関する。本システムは、共通バスに接続された少なくとも３つのノードを備え、上記ノードのそれぞれは、ノード電気信号が供給される方向が各ノードによって確定されるように、上記ノード電気信号を共通バスに沿って供給すると共に検出するように構成される。また、本システムは、上記ノード電気信号に基づいて他のノードに対するノードの配線構成(wiring configuration)を特定するように構成されてもよい。
【０００８】
本発明の他の態様はノードに関する。本ノードは、導電性経路(conductive pathway)と、上記導電性経路における電流及び／又は電圧を測定するように構成されて上記導電性経路と通信するセンサと、上記導電性経路に接続された切替可能な負荷と、上記センサおよび切替可能な負荷と通信するマイクロコントローラとを備え、ノード電気信号を送信および受信すると共に、このような他のノードから送信された信号の方向性(directionality)を確定するように構成される。
【０００９】
本発明の更なる態様は、安全でない状態を形成する意図しない電力消費を特定するための方法に関する。本方法は、少なくとも一つのアップストリームノードと少なくとも一つのダウンストリームノードを特定するステップと、上記アップストリームノードを通じて伝送されて上記ダウンストリームノードに供給されるべき電力を特定するステップと、上記アップストリームノードによって送出される電力と上記ダウンストリームノードを通じ又は上記ダウンストリームノードから引き出される電力との差分を決定し、安全でないレベルの電力消費が存在するかどうかを判定し、警報を発し、または上記安全でない電力消費が発生したアップストリームノードから電力を除去するステップとを含んでもよい。
【００１０】
本発明の他の態様は、マッピングのための方法に関する。本方法は、電力分配回路網上の複数のノードを提供するステップを含み、上記ノードのそれぞれは、ノード電気信号を供給すると共に検出するように構成される。上記複数のノードを特定するロールコールを起動し、上記ノード電気信号に基づいて他のノードに対するノードの配線構成(wiring configuration)を特定するためのプロセッサが備えられてもよい。
本明細書で述べられる特徴と、それを得るための方法は、添付の図面と共に以下の実施形態を参照することにより、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書で検討される代表的なシステムを示す図である。
【図２】ノード電子装置の一例を示す図である。
【図３】２つの差込口を備えたレセプタクルと、該レセプタクル用のノード電子装置の一例を示す図である。
【図４】２路スイッチにおけるノード電子装置を示す図である。
【図５】３路スイッチにおけるノード電子装置を示す図である。
【図６】“並列”に配線接続されたノードと“直列”に配線接続されたノードとを示す図である。
【図７】ブレーカー用のノード電子装置を示す図である。
【図８】同期化方法の一例を示す図である。
【図９】ノードを特定回路に関連づけるための方法の一例を示す図である。
【図１０】回路内のノードをマッピングするための方法の一例を示す図である。
【図１１ａ】回路上のノードのマップを備えたシステムと情報のやり取りを行うためのディスプレイインターフェイスの一例を示す図である。
【図１１ｂ】回路上の特定ノードに関する情報を表示するシステムと情報のやり取りを行うためのディスプレイインターフェイスの一例を示す図である。
【図１２ａ】ビル全体にわたる電力使用に関する情報を提供するディスプレイインターフェイスの一例を示す図である。
【図１２ｂ】ビル全体にわたる電力使用のコストに関する情報を提供するディスプレイインターフェイスの一例を示す図である。
【図１３ａ】単一の部屋における電力の使用に関する情報と、その部屋全体でのノードの相対位置を提供するディスプレイインターフェイスの一例を示す図である。
【図１３ｂ】単一のノードについての電力の使用に関する情報を提供するディスプレイインターフェイスの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、ノードを含む配線回路網(wired network)をマッピングするためのシステム及び方法に関し、上記ノードは、それら自身の分散処理機能によって、他のものに対してノード自身を特定(identify)し、またはセントラルプロセッサに対しノード自身を特定するように構成される。そして、ノードの接続は、他のノードに対し決定され、この他のノードから電気配線図(electrical wiring diagram)が生成される。例えば、ノード通信および情報を調整(coordinate)し収集するセントラルプロセッサ（例えばコンピュータ）は、ブレーカーパネルまたは任意の所定のビル内の任意の位置に接続され統合されてもよく、または離れた位置に配置されてもよい。そして、画像ディスプレイが、電気配線図を含む電気システム、所定回路または部屋についての使用、及び／又は特定ノードについての使用を分析(analyze)／再検討(review)するために備えられてもよい。さらに、上記電気システムに関するこの情報の態様は、例えばインターネットまたは任意の所望の情報ネットワークを通じて、離れた位置に転送されてもよく、アクセスされてもよい。
【００１３】
図１に、本明細書で検討されるシステムアーキテクチャの一例を示す。本システムは、セントラルプロセッサ１０２、及び／又は分散処理機能、電気分散システムまたは電源（例えば、ブレーカーボックス１０４）、およびブレーカーノード＃２，＃４，＃９と他のブレーカーノード＃１，＃３，＃５，＃６，＃７に接続された３つの回路１０６，１０８，１１０に沿って配置された一連のノードＡ−Ｑを備える。ノードは、ノードにおける電力使用および他の状態と、ノード間で送信される信号及び／又はセントラルプロセッサ１０２に送出される信号をモニタするように構成された電子装置を備えてもよい。プロセッサは、或いはその機能の一部は、遠隔に配置され、無線技術、電話、インターネット、電源線または電源ケーブルを介して情報のやり取りが行われてもよい。また、プロセッサは、任意のノード位置で回路網(network)とインターフェイスされてもよい。
【００１４】
本明細書で述べられるプロセッサは、任意のデバイスであってもよく、または、通信の取りまとめ、ノードでの方向性イベントの制御、電力を分析しトポロジーを決定するためのアルゴリズム実行のうちの１又は２以上を遂行するほか、電話、イーサネット（登録商標）、インターネット、ケーブル、無線などのような手段を通じて他のデバイスに対する外部通信を提供するように構成されてもよい。プロセッサは、電気分散システムを通じて通信を行うものであってもよく、上記システムに統合され、または遠隔に配置されてもよい。一例において、プロセッサ１０２ａは、ブレーカーボックス（１０４）内の回路ブレーカー位置に配置されてもよく、多相(multiple phases)で同時に通信を行っても良い。他の実施例では、プロセッサの機能は、各ノードで利用可能な演算能力(computational power)およびメモリにより分散ベースで取り扱われてもよい。
【００１５】
加えて、本明細書で言及される分散処理は、回路網(network)（例えば後述するような２以上のノード）を通じて他のものと通信する２以上のプロセッサ上でプログラムの異なる部分が実行される処理技術として把握される。従って、各ノードは、上記複数のノードがリンクされるように、通信する少なくとも一つの他のノードを把握してもよい。調整(coordinating)は、例えば（更に詳細に後述するような）同期化(synchronization)について、共同ベース(cooperative basis)で行われても良く、任意のノードは、ノードの全てが同期化されるまで、一度に１対づつ、任意の他のノードとの相対同期化を確立することができる。同様の処理が、マッピングのために発生してもよい（詳細については後述する）。加えて、システムのためにデータのリードが必要な場合、１または複数のノードが応答するまで、ノード間で情報に対する要求が送出される。
【００１６】
本明細書では、“ノード”は、スイッチ、コンセント(outlet)、ブレーカー、コネクタ、ジャンクションボックス(junction box)、照明負荷、および他の多くの配線接続されたデバイス、または接続が行われる位置(locations)として把握され、システムと通信して状態をモニタするためのこれらの位置に電子装置を備えてもよい。また、用語“ノード”は、それらがシステムとの通信手段と共にイネーブル状態とされれば、回路にプラグインされるデバイスに適用されてもよい。ノードは、回路における他のノードと関連づけられ、またはビルの中の所定の位置に関連づけられてもよい。また、ノードは、特定の状態下で、例えば、全ての脚(prongs)が同時にコンセントに差し込まれた状態で、コンセントに電力を供給するような、追加の機能(functionality)を備えてもよい。
【００１７】
図１を再度参照すれば、図示された３つの回路１０６，１０８，１１０のそれぞれは、ビル全体の電力のルーティング(routing)を提供する種々のスイッチとコンセントを備えてもよい。例えば、ブレーカー＃２は、コンセントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｈ，Ｇ，Ｉに電力を供給し、また、スイッチＤ，Ｆにも電力を供給する。ビル内の電気装置および電気負荷が１または２以上の回路において電気的に配線で接続されることが理解される。回路は、電流が流れるための経路として把握され、それは閉じられている。また、回路は、“並列”に配線接続されている。“並列”に配線接続されている場合、一つのデバイスの接続を切る(disconnect)ことは、他のデバイスの動作を阻害しない。しかしながら、当然ながら、幾つかのデバイスは“直列”に配線接続されてもよく、このデバイスは、他のデバイスに依存して、デバイス自身における電気的接続を通じて電力を供給してもよい。換言すれば、アップストリームデバイスの接続を切ることは、ダウンストリームデバイスをディスエイブルにする。例えば、ブレーカー＃２に関して、部屋４のコンセントＥ，Ｇ，Ｉ，ＨおよびスイッチＦに対する電力は、コンセントＡ，Ｂ，Ｃに依存し、即ち、これらの何れかの接続が切られれば、部屋４のンセントＥ，Ｇ，Ｉ，ＨおよびスイッチＦは電力を有しない。それは、コンセントＡ，Ｂ，Ｃのそれぞれが、それらのハウジングにおける電気バスを使用して次のコンセントに電力を供給するからである。しかしながら、コンセントＧ，Ｉは相互に依存せず、その両方とも、他方のコンセントの接続が切られれば電力を維持する。
【００１８】
また、当然ながら、ノードは、共通バス、又は経路、即ち回路に接続されてもよい。ここで理解されるように、共通バスは、それぞれのノード上の少なくとも一つの接続間に電気的連続性(electrical continuity)を提供するものとして把握されてもよい。また、当然ながら、１又は２以上の追加の共通バスがノードに備えられてもよい。
【００１９】
インターフェイス１１２へのユーザアクションによってプロンプト(prompt)されるプロセッサ１０２から指示(direction)に対し、コンセント、スイッチなどに備えられたノードのそれぞれは、ノード電気信号を生成し検出するように構成される。この信号は、方向性(directional)の検出可能な電気信号であり、ノードをマッピングするために使用されてもよい。即ち、仮想的な電気配線図におけるノードの位置は、ノードで検出可能な信号を生成することにより決定されてもよく、それは、このような配線図においてユーザに対してその位置を特定するために中継される。方向性の電気イベント(directional electrical event)は、ダウンストリームノードと比較してアップストリームノードによって別に検出される電気信号として把握される。アップストリームノードは、他のノードに対して１次電源(primary power source)に近接して電流を流す経路において電気的に配線接続されてもよい。ダウンストリームノードは、他のノードに対して１次電源から遠位を流れる電流の経路において電気的に配線接続されてもよい。例えば、ノードＥについて、ノードＡ，Ｂ，Ｃおよび＃２（ブレーカー）は、アップストリームノードと見なされてもよく、ノードＦ，Ｇ，Ｈ，Ｉは、ダウンストリームノードと見なされてもよい。
【００２０】
使用される信号方法(signal method)に依存して、ノードＤは、アップストリームノードとして見なされてもよく、そうでなくてもよい。例えば、もし、増加電気負荷(incremental electrical load)を生成することにより、ノードＥによって信号が生成されれば、ノードＤは、電力の流れ(flow)を検出しない。もし、ノードＥによって生成された信号が電圧信号であれば、ノードＤはその信号を見て(see)、アップストリームと見なされてもよい。ネットワークのマップを生成するためのアルゴリズム（以下参照）は、どのような種類の信号処理方法(signaling method)が使用されているかを考慮に入れることができる。増加負荷(incremental load)は、これらに加えて或いは回路に存在し、配線上の電圧に対して比較的最小の影響を有する十分に高いソースインピーダンスを有する電流引き出し(current draw)として把握され、このような信号は比較的周波数が低い。電圧信号は、十分に低いソースインピーダンスを有する電源として把握されてもよく、そのインピーダンスは、配線上の電圧変化として検出可能であり、このような信号は周波数が比較的高い。
【００２１】
各ノードは、１組の他のノードを備えてもよく、この１セットの他のノードは、アップストリームと、それからのダウンストリームである。そして、どのノードがアップストリームであり、どのノードが他のノードからのダウンストリームであるかに関する情報の蓄積テーブルは、電気配線図の生成を可能にする。幾つかのノードは、アップストリームノード及び／又はダウンストリームノードの同じセットを共有してもよく、なぜならば、例えば、図１のノードＧおよびＩのように、それらは等価だからである。セントラルコンピュータ１０２のようなプロセッサは、各ノードで方向性イベントのシーケンスを調整(coordinate)し、どのノードが他のノードの電気的イベントを検出するかについての情報を収集し、そして配線図を作成(develop)する。また、プロセッサは、各ノードでの電力使用および他のデータに関する情報を収集してもよく、そして、例えば、インターフェイス１１２、システムに接続された他のコンピュータ１１４、または、システムとの直接的または間接的な（図示するような）通信でルータ１１８と無線で通信を行うモバイルコンピュータ１１６などのローカルな表示(local viewing)および情報のやり取り(interaction)のための無線手段または有線手段を通じた伝送、または、インターネットなどを通じた遠隔ロケーション１２０への伝送のためにデータをコンパイルしてもよい。また、この情報は、適切なインターフェイス１２２を通じて電力回路網(power network)を通じて直接的に読み取られてもよい。
【００２２】
例示的な実施例において、方向性電気イベントは、各ノードでの切り替えられた既知の負荷によって生成されてもよい。各ノード内の電力モニタデバイスを使用することにより、そして、各ノードを通じて流れる電力を測定することにより、各アップストリームノードは、ダウンストリームノードの負荷を検出してもよく、配線図が作成されてもよい。この処理は、他の負荷の存在を前提として行われもよく、即ち、切り替えられた負荷は、既存の負荷への増加(incremental)であってもよい。更なる強化(enhancement)のために、電気的またはジャンクションボックスを通じて流れるが、デバイス自体を通じては流れない電流（後述）を測定するためのリモート電流センサ（例えばテザー(tether)された）を有するノードを備える。リモート電流センサを使用して、コンセント、あるいは電気的に“等価”なものは、配線図において物理的に順序(order)づけられる（例えば、全てのノードは、おさげ(pig-tail)構成を使用して配線接続され、内部バスを使用して他のバスに電力を搬送しない。これについては更に後述する）。
【００２３】
制御回路またはノード電子装置(node electronics)は、信号を他のノードまたはセントラルプロセッサに供給し、ノードによる電力使用を検出するために使用されてもよく、他の機能に信号を供給するために使用されてもよい。図２は、ノードに関連した代表的なバージョンの電子装置のブロック図である。このユニットは、電源２０２、マイクロコントローラ２０８、通信機能２１０、電力測定機能２１２、切替可能(switchable)なマイクロ負荷２１４、カプラー２１６を備えてもよく、それは電源線上での通信を可能にする。
【００２４】
電源は、電流のリターン経路を中性線(neutral path)２０７として、電源線２０６を通じて電源２０４から電力を引き出す。電源は、低電圧電源（例えば３０ボルト未満）であってもよく、ＡＣからＤＣに電力を変換して、マイクロコントローラ、切替可能なマイクロ負荷、および通信機能に受容可能なレベルに電圧を低下させるように構成されてもよい。加えて、電源は、バッテリーを含んでもよく、バッテリーは、電源線２０６と中性線２０７との間に得られるエネルギーで充電されてもよい。マイクロコントローラは、２０８で示され、論理入力に基づいてユニットの動作を制御するためのものである。また、マイクロコントローラは、演算素子のみならず、揮発性及び／又は不揮発性メモリを備えてもよい。加えて、マイクロコントローラは、コントローラに格納されるシリアル番号のような、ノードを特定するための特定情報を備えてもよい。
【００２５】
また、通信機能２１０を備えてもよい。この通信機能は、入力および出力インターフェイスとしてマイクロコントローラ上に備えられてもよい。通信機能は、ノード内、他のノード内、またはノードが通信しようとするセントラルプロセッサにおける種々の電子装置によってインタープリット(interpret)されるノード電気信号を生成し受信してもよい。ノードによって受信された信号は、カプラー２１６によって電源線にまたは電源線からフィルターされてもよい。カプラー２１６は、１又は２以上の通信信号が電源線２０６を通じて送出されることを可能にしてもよく、そして既存の通信規格を使用してもよい。
【００２６】
また、電力の重要な要素（電流、電圧、位相など）を測定する電力測定機能２１２は、マイクロコントローラに統合されてもよく、またはそれと通信してもよい。電力測定機能は、ノードに印加される電圧及び／又は電流によって生成される磁界を測定することにより容易化(facilitate)されてもよい。当然ながら、電力は直接的には測定できないが、電力は、電流と電圧の両方の測定により決定される。これらの機能を実施するためのセンサ、例えば、電流、位相または電圧を測定するためのセンサは、ホール効果センサ、電流変圧器、Rogowskiコイルのほか、他のデバイスを備えてもよい。
【００２７】
また、切替可能な“マイクロ負荷”２１４が備えられてもよい。この切替可能な“マイクロ負荷”は、方向性および検出可能な電気イベントを生成してもよい。マイクロ負荷は、マッピングの期間などでマイクロコントローラまたは他のシステム機能によって指示された場合に活性化されてもよい。給電されたマイクロコントローラは、切替可能なマイクロ負荷をトリガーさせてもよく、切替可能なマイクロ負荷に、アップストリームノード、即ち、ソースからの電力を伝送することが要求されるノードについて、検出可能な信号を生成する。
【００２８】
上述の事項に加えて、また、ノード電子装置は多数の他の機能を備えてもよい。例えば、電子装置は、温度センサ（または他の環境センサ）を備えてもよい。また、電子装置は、そのノードの物理的な位置のユーザに警報を発するための音響信号または光信号のようなユーザ検知可能な信号を提供してもよい。
【００２９】
また、ノードは、ユーザが情報をノードに伝えるための手段、例えばボタンを備えてもよい。上記ボタンがユーザによって操作された場合、それは通信を送信させ、この操作を発生したノードを特定する。これは、システム配線の電子的表現にノードの物理的位置を関連づける他の手段を備えてもよい。
【００３０】
ノード配線および電子装置は、ノードタイプに基づき構成されてもよい。例えば、図３は、代表的なコンセントノード３００（それは、２つのソケットを表す）と関連配線の図である。コンセントは、“ＨＯＴ  Ｉｎ”による“ホット配線”を通じて“Ｈｏｔ  ｔｏ  Ｏｕｔｌｅｔ”による個々のソケットに供給される電力を含んでもよい。また、電力は、“Ｈｏｔ  Ｏｕｔ  １”および“Ｈｏｔ  Ｏｕｔ  ２”によるコンセントを通る。加えて、中性(neutral)は、コンセント“Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｉｎ”に供給されるほか、それぞれ、コンセント“Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｏｕｔ  １”およびコンセント“Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｏｕｔ  ２”から及びこれらを通じて供給されてもよい。電子装置３０２は、切替可能なマイクロ負荷３０４を備えてもよい。電流センサ３０８は、ノードを流れる電力の測定、マッピングを可能にする特徴を可能にし、電流センサ３１０，３１２は、それらの各ソケットから引き出される電力を測定してもよい。加えて、外部電流センサ３０６，３０６ａが備えられてもよく、その何れかが、ノード自身を通らない電気ボックスを通る電力をモニタしてもよい。従って、当然ながら、ノードを通る電流は、そのノードから引き出されると共にノードの周辺を流れ、全て測定されてもよい。これらのセンサは、他のものに対するノードの物理的位置のより良好な把握を可能にする。２レセプタクルの二つのソケットが別々に配線接続されるケースでは、単一セットのノード電子装置は、各レセプタクルのモニタとマッピングの両方のために独立して使用される。
【００３１】
図４は、代表的な２路スイッチノード４００と、その関連配線、即ち、“Ｈｏｔ  Ｉｎ”、“Ｈｏｔ  Ｏｕｔ”、“Ｈｏｔ  ｔｏ  Ｓｗｉｔｃｈ”、“Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｈｏｔ”のほかに、“Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｉｎ”、“Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｏｕｔ”、“Ｎｅｕｔｒａｌ  ｔｏ  Ｓｗｉｔｃｈ”などを示す図である。図示するように、電子装置４０２は、スイッチ４０４についての切替可能なマイクロ負荷４０３を備える。電流センサ４０８は、スイッチを通じて引き出される電力の測定を可能にする。また、電子装置は、外部センサ４０６，４０６ａを備え、これらは、ノードではなく電気ボックスを通じて流れる電力をモニタし、他のものに対するノードの物理的位置のより良好な把握を可能にする。スイッチがニュートラル接続を備えてもよいことに留意されたい。それは、システム電子装置が、その種々の動作のために給電されることを可能する。ニュートラル接続を用いずに電力を引き出すための他のスキームが検討される。例えば、電流変圧器が使用されてもよく、それは、スイッチが閉じられ、アンダーロードである場合に、単一の配線から電力を引き出す。この電力は、ノード電子装置を駆動するために使用され、及び／又は電力が流れない期間でノード電子装置を給電するためのバッテリーを再充電するために使用される。加えて、人間または特性に危険を与えない程度または方法で（そしてまた、回路におけるＧＦＩが意図せずにトリップしないように）、少量の電力がライン電圧から引き出されてグランドに返される。この構成は、順に電子装置を駆動するバッテリーを充電するために使用される。
【００３２】
他の例では、電力は、負荷と直列に引き出され、既存の照明スイッチと同様の構成で、理論上、オフの場合、比較的小さな電流がノードを流れることを可能にする。この方法によって引き出される電力は、ノード電子装置に給電するために使用されてもよく、及び／又は電力が供給されない状態でノード電子装置に給電するためのバッテリーを充電するために使用されてもよい。
【００３３】
図５は、代表的な３路スイッチを示す図であり、その特性のいくつかは、図４について説明したものと同じである。更に詳しくは、電子装置５０２は、スイッチに対する切替可能なマイクロ負荷５０３を備える。電流センサ５０８は、スイッチから引き出される電力を測定する。電子装置は、また、ノードではなくボックスを流れる電力をモニタし、他のものに対するノードの物理的位置のより良好は把握を可能にするための外部センサ５０６，５０６ａを備える。重ねて言えば、スイッチは、中性接続(neutral connection)を備え、それは、システム電子装置がその種々の動作のために給電されることを可能にする。また、中性(neutral)が存在しない場合の２路スイッチを給電する同様の方法が３路スイッチに適用されてもよい。
【００３４】
図６は、“おさげ(pig-tail)”（または並列）構成６０２と称するものと、“スルー(through)”または直列構成６１２との間の違いを示す。“おさげ”構成では、電力は、主線６０６から電気またはジャンクションボックスＡ−Ｄに伝達され、そして、ショート配線６０８は、入力配線および出力配線に接続され（例えば、配線ナット(wire nut)６１０を通じて）、ノードＡ−Ｄに給電する。このことは、もしコンセント／ノードの接続が切られれば、電力が他のノードに供給され続けることを意味する。これは、配線６１２を通じた場合とは対照的であり、この場合、ノードＪ内の導電性経路が、次のノードＫ，Ｌ，Ｍの給電を担う（即ち、ノードＪへの電力の切断は、ノードＫ，Ｌ，Ｍから電力を除去する）。おさげ構成では、外部センサ（例えば６１４）が採用され、それは、Ｂの前にＡが配線接続され、ＢはＣの前であり、ＣはＤの前であることを示す。従って、当然ながら、ノードＡは、例えばノードＢ，Ｃ，Ｄの電気的なアップストリームであると考えられる。コンセントＪからＫについて、ノード内の電流センサは、他のものに対するコンセントの順番を決定してもよい。電気的ジャンクションボックスは、また、適切な電子装置で構成され、情報のモニタリングとマッピングはボックスによって行われ、そしてそれは、事実上、ノードである。
【００３５】
図７は、システム電子装置７０３を備えた代表的な回路ブレーカーを示す図である。このブレーカーは、配線“Ｐａｎｅｌ  Ｈｏｔ”を通じて回路パネルから電力を受け取る。このブレーカーは、回路“Ｈｏｔ  ｔｏ  Ｃｉｒｃｕｉｔ”および中性“Ｎｅｕｔｒａｌ  ｔｏ  Ｃｉｒｃｕｉｔ”に電力を供給してもよい。他のノードと同様に、それは、回路網において自身が特定されることを可能にする切替可能な負荷７１０を適用してもよい。回路ブレーカーノードは、また、ブレーカーを通じた電力測定を可能にするセンサ７０８を備えてもよい。他のブレーカーと同様に、それは、過電流、接地故障(ground fault)、及び／又はアーク故障の状態、または安全ではないと考えられる他の状態の場合に、スイッチをオフさせる機能を備えてもよい。例えば、ブレーカーは、ＧＦＩセンサ及び／又は他の電子装置７１２を備えてもよい。しかしながら、ブレーカーがトリップし、電力を除去した場合、それは、その回路およびシステムの残りの部分との通信の提供を継続してもよい。回路上の個々のノードは、故障状態の間にブレーカーと情報の通信を行うように、バッテリーやキャパシタ又はスーパーキャパシタなどを備えて自己給電(self-powered)されてもよい。そして、回路は、何が故障を発生させ、どのような対策がとられるべきかを、回路を再びオンさせる前にブレーカーに報告し、そしてプロセッサ（セントラルまたは分散）に報告する。多くの可能性の中で、これらの対策は、負荷（電気器具）を引き抜くこと、または電気技師を呼ぶことを含んでもよい。
【００３６】
一実施形態において、ブレーカーは、残余電力(residual power)で（バッテリーまたはキャパシタなどで給電されて）稼動しているノードがそれらのステータスを通知してもよい。他の実施形態では、ブレーカーは、通信のための回路に少量の電力を供給することを継続するために電力制限されたチャンネル７０６（低電圧及び／又は低電流）に接続してもよい。この電力は、危険を呈せず、且つ電力の引き出しが回路のＧＦＩを何らトリップさせないレベルで、ラインと中性との間に低電圧電源として供給され、またはラインとグランドとの間に低電圧電源として供給される。ブレーカーは、リモートコマンドにより通信または低電力モードの何れかに入って、システムに質問し、問題を特定するように構成されてもよい。或いは、ノードは、ブレーカーがトリップする前に故障をもたらすイベントに関する重要情報を通知することが可能であってもよい。
【００３７】
上述のことから、本明細書では、ノードがそれらのステートをシステムに通知するメカニズムを検討する。ステート(state)は、ノードの現在の状態、及び／又は、調節可能なパラメータ（例えばスイッチがオンはオフか、電力がノードから引き出されているがか、或るケースでは、電力の限界がノードから引き出されているか）として把握される。例えば、もし図４および図５に示されるような照明スイッチが中性接続を有しておらず、他の或るデバイス（例えば誘導性(inductive)またはバッテリー）を通じて給電されれば、ターンオンされたときに、それは、それ自身のステート（オンになったこと）をシステムに通知し、システムは、スイッチと他のアップストリームノードを通じて負荷が現れたことを検出し、これにより、回路網におけるスイッチの位置を確立する。有効に、負荷は、スイッチに対して検出可能な方向性イベントとして機能する。加えて、もしスイッチがターンオンされ、そのステートをシステムに通知し、且つ何ら負荷またはコンセントがスイッチの向こう側に見えなければ、或る種の問題があると解釈(construe)し、例えば電球が故障したことを理解する。同様に、もしスイッチに関連する負荷が徐々に変化すれば、多くの電球のうちの１又は２以上が故障しているかもしれない。制御された又は切替可能なスイッチは、説明した同じ方法で機能して、そのステートをシステムに通知する。例えば、調光スイッチ(dimmer switch)は、設定されたレベルを通知することができる。
【００３８】
上述したように、種々のノードをマッピングし、ノードとプロセッサとの間の通信により電力使用と他の情報をモニタするための方法が本明細書で検討される。ノードをマッピングする処理は、個々のノードまたはセントラルプロセッサで始める。例えば、ノードが給電またはリセットされた場合、または、図８に示すようにセントラルプロセッサがリセット信号を送出した場合、ステップ８０２でロールコールが起動される。各アクティブノードは、任意の期間だけ待機し、そしてそれが存在するというメッセージをプロセッサに送る。アクティブノードは、現在、プロセッサと通信することが可能なノードとして把握される。非アクティブノードは、現在、プロセッサと通信することができないノードとして把握されてもよく（例えば、それらが、ターンオフされたスイッチによって絶縁され、または負荷が存在する場合にのみ給電されるなどの理由で）、または、ノードが（以前、存在していたことが知られ、見なされ）幾分遅い時点で再び現れそうであるかどうかによって、プロセッサによって把握されてもよく、されなくてもよい。各アクティブノードは、それが存在するというメッセージをプロセッサに送り、そのメッセージは、例えば、シリアル番号等の情報や、例えばスイッチ、コンセント、電気器具などのノードのタイプを特定する説明的な情報を含んでもよい。プロセッサは、プロセッサに送られた任意の説明的な情報を含んで、その時点で回路網上に存在する全てのアクティブノードのリストを生成してもよい。加えて、ノードは、ノードが給電されたとき、またはリセットされたときにスタートされるラインサイクルカウンタ(line cycle counter)を備えてもよい。
【００３９】
一旦、システムが、システムに存在するアクティブノードを把握すると、システムはそのソードを同期化してもよい。プロセッサは、ステップ８０４で、全てのノードに‘Ｓｙｎｃ’コマンドをブロードキャストしてもよい。一実施形態では、各ノードは、ラインサイクルカウンタを維持し、それは、ライン電圧波形の正に向かうゼロクロス(positive going zero cross)でインクリメントしてもよい。ｓｙｎｃコマンドを受け取ると、ノードは、ステップ８０６で、Ｃとして、カウンタのコピーと、Ｒとして、最後のインクリメントからの時間、即ちライン電圧波形の最後または前回の正の上昇エッジでの時間保存する。そして、ノードは、ステップ８０８で、フェッチサイクルのようなリクエストに応じて、ＣおよびＲの値をプロセッサに提供する。ステップ８１０で、もし極めて多数のノードについてＲがゼロクロス時間に近すぎることが報告されると、ｓｙｎｃ時間は受け入れできないことが把握され、測定値のセットは拒否される。
【００４０】
ステップ８１２で、‘Ｓｙｎｃ’操作(operation)は、十分なサンプルが収集されるまで、多数回実行される。所定数ｎのノードと所定数ｑのサンプルについて、収集されたＣの値は、配列として次の数式に従って保存される。
C[m][p]
ここで、ｍはノードのインデックス（１〜ｎ）であり、ｐはサンプルセットのインデックス（１〜ｑ）である。当然ながら、データは或る誤差を含む。次のテーブルは、例示目的での代表的なデータセットを含み、ここで、ｎ＝５、ｑ＝６である。
【００４１】
【表１】
0005431946.tif 000002
【００４２】
配列より、ステップ８１４で、次の数式に従って差分のセットが計算される。
ΔC[m][p] = C[m][p]-C[m][p-1]
例えば、同じデータに基づけば、次の結果が得られる。
【００４３】
【表２】
0005431946.tif 000003
【００４４】
ステップ８１６で、全てのｍについてのモード(mode)（最も共通した値）が、次の数式に従って、ｐの各値についてｍの全ての値にわたって計算される。
ΔT[p] = mode of ΔC[m][p]
例えば、同じデータに基づけば、次の結果が観測される。
【００４５】
【表３】
0005431946.tif 000004
【００４６】
この系(series)は、次の数式を用いて合計され、ここで、T[1]は０であるとする。
T[p] = ΔT[p]+T[p-1]
ただし、ｐは２〜ｑである。
例えば、同じデータに基づけば、次のようになる。
【００４７】
【表４】
0005431946.tif 000005
【００４８】
ステップ８１６で、もし、モード(mode)が、任意のサンプルに対してノードの十分に大きなプロポーション(proportion)を表さなければ、サンプルはＴから除去され、そして、さらなるｓｙｎｃコマンドが送られる。ステップ８１６で、モードがノードの十分なプロポーションを表す場合、ステップ８１８で他の差分のセットが次のように計算される。
ΔD[m][p] = C[m][p]-T[p]
【００４９】
例えば、同じデータに基づけば、次のようになる。
【００５０】
【表５】
0005431946.tif 000006
【００５１】
全てのｐについてのモードは、ステップ８２０で、次の数式に従って、ｍの各値について、ｐの全ての値にわたって、ｍの各値から計算される。
D[m] = mode of ΔD[m][p]
ここで、D[m]は、ノードの内部ラインサイクルカウンタについての相対サイクル値(relative cycle value)を表す。例えば、同じデータに基づけば、次のようになる。
【００５２】
【表６】
0005431946.tif 000007
【００５３】
例えばノード１について示せば、ラインサイクル７７３は、ノード５についてラインサイクル５３０と同じインターバル時間を示す。
【００５４】
ステップ８２０で、もし任意のノードについてのモードが、同じサンプルの十分に大きなポロポーションを表さなければ、ノードは、依然として非同期化されていると見なされ、そして操作(operation)が繰り返されて、このようなノードを既に同期化された他のノードに同期化させる。ステップ８２０で、もしモードが同じサンプルの十分に大きなプロポーションを表せば、上述のように、ステップ８２２で、ｓｙｎｃオフセットのテーブルが各ノードについて生成される。当然ながら、処理の繰り返しにおいて、同期化されたノードは非同期化ノードにはならない。
【００５５】
システムが同期化された後、他のものに対してノードをマッピングする処理が実施される。電気回路網のマッピングにおける最初のステップは、ブレーカーにノードを割り当てることである。このアプローチを用いずに回路網をマッピングすることは実現可能(feasible)であるが、ノードをブレーカーに割り当てることは、より効果的である。
【００５６】
ブレーカーに個々のノードを割り当てる第１の代表的な処理は、図９に“メソッドＡ”として示されているように、ノードごとに実施されることができる。ステップ９０２で、ノードには、所定の時間に、その切替可能なスイッチをトリガーするためのコマンドが与えられる。ステップ９０４で、各ブレーカーは、この時点で、それを流れる電力をモニタする。そして、ステップ９０６で、ノードは、この時点で、ノードの切替可能な負荷によって生じた電力の流れを観測した任意のブレーカーに割り当てられる。
【００５７】
図９に“メソッドＢ”として示された第２の方法は、ステップ９１２で、全てのノードを、予め決定されたスケジュールでそれらの切替可能な負荷をコマンドによりトリガーすることを含み、ブランクサイクルを、各切替可能な負荷イベントに先行させ後続させることを可能にする。切替可能な負荷イベント間のブランクサイクルは、存在する他の負荷にマッピング処理を検出させないようにする。ブランクサイクルで観られる負荷（または、切替可能な負荷イベントにすぐに先行し後続するブランクサイクルの期間でのこの負荷の平均）は、ステップ９１４で、切替可能な負荷電力の引き出しをより良く検出するために減算されてもよい。スケジュールの期間(duration)では、全てのブレーカーは、電力の流れをモニタするように指示される。スケジュールが完了した後、ステップ９１６で、どのノードがどのブレーカーに割り当てられるべきかを決定するためにプロセッサによって情報が収集される。
【００５８】
例えば、個々のノードは、次の方法論に従ってブレーカーに割り当てられてもよい。所定個数ｎのノードについて、マイクロ負荷が１ラインサイクルでエネルギー“ｅ”を使用すると仮定すれば、ブレーカーの全ては、ラインサイクルａからラインサイクルａ＋２を含む２ｎ＋１ラインサイクルについてラインサイクルベースでラインサイクル上のエネルギーの流れを測定するように指示される。ステップ９１２で、全てのノードは、異なるラインサイクルで、それらのマイクロ負荷をファイヤー(fire)させるように指示され、ラインサイクルａ＋１ではノード１、ａ＋３ではノード２、ａ＋５ではノード３、以下同様にして、ａ＋２ｎ＋１ではノードｎが指示される。完了すると、エネルギー測定値は、ステップ９１４でプロセッサによってブレーカーから読み取られ、そして、ノードは、ステップ９１６でブレーカーと関連づけられる。ブレーカーｂにおける時間サイクルａ＋ｔでのエネルギーの流れは、E[b][t]と表される。
【００５９】
所定のノードｐのマイクロ負荷がファイアーされたラインサイクルと、マイクロ負荷がファイアーされない隣接サイクルの平均とのエネルギーの流れの差分の大きさは、次の数式に従って計算される。
D[b][p] = |E[b][2p-1]-0.5*(E[b][2p-2]+E[b][2p]|
例えば、もし、切替可能な負荷が観測されたかどうかを決定するための閾値は予測値の８０％であり、もしD[b][p]<0.2eであれば、ノードｐは、ブレーカーｂの回路に存在しないかもしてない。或いは、もし、0.8e<D[b][p]<1.2eであれば、ノードｐは、ブレーカーｂの回路に存在するかもしれない。ステップ９１８で、もし条件が満足されなければ、測定値は確定できないと考えられ、処理が繰り返される。当然ながら、一旦全ての測定と計算が完了すれば、各ノードは、ステップ９１８で、一つの、ただ唯一のブレーカーの回路の下に存在する（他のブレーカーの‘ダウンストリーム’と配線接続されたブレーカーを例外として）。
【００６０】
ノードがブレーカーに割り当てられた後、次の論理ステップは、図１０に示すように、ブレーカー回路内のノードをマッピングすることである。本方法は、ブレーカー回路内の全てのノードに、予め決定されたスケジュールでそれらの切替可能な負荷をトリガーさせることであり、ブランクサイクルが各切替可能な負荷イベントに先行し後続することを可能にする。前述したように、切替可能な負荷イベント間のブランクサイクルは、存在する他の負荷にマッピング処理を検出させなくする。ブランクサイクルの期間で見られる負荷（または、切替可能な負荷イベントにすぐに先行し後続するブランクサイクルの期間におけるこの負荷の平均）は、切替可能な負荷電力の引き出しをより良く検出するために減算されてもよい。スケジュールの期間(duration)中、ブレーカー回路内の全てのノードは、電力の流れをモニタするように指示される。スケジュールが完了した後、どのノードが他の各ノードの切替可能な負荷を観測したかを決定するために、情報がプロセッサによって収集され、そして、それらの“アップストリーム”と見なされ、それにより、回路のトポロジーを決定する。
【００６１】
例えば、ブレーカー回路内のノードをマッピングすることは次のことを含む。マッピングされるべきサブ回路における所定個数ｎのノードについて、マイクロ負荷が１ラインサイクルでエネルギーｅを使用すると仮定すれば、ノードの全ては、ラインサイクルａからラインサイクルａ＋２の２ｎ＋１ラインサイクルについてラインサイクルごとにエネルギーの流れを通じて測定するように設定される。全てのノードは、ステップ１００２で、異なるラインサイクルで、それらのマイクロ負荷をファイアーするように設定され、ラインサイクルａ＋１でノード１、ラインサイクルａ＋３でノード２、ラインサイクルａ＋５でノード３、同様にラインサイクルａ＋２ｎ−１まで続く。ブレーカー回路における全てのノードを通る電力の流れは記録されてもよく、そして測定が完了すると、エネルギーの測定値は、ステップ１００４でプロセッサによってノードから読み取られる。ブランクサイクルからの測定値は、負荷が同様に予測された場合の値から減算される。ノードｂを通る時間サイクルａ＋ｔでのエネルギーの流れは、E[b][t]と表される。
【００６２】
所定のノードｐのマイクロ負荷がファイアーされるラインサイクルと、マイクロ負荷がファイアーされない隣接サイクルの平均との差分の大きさは、次の数式を用いて計算される。
D[b][p] = |E[b][2p-1]-0.5*(E[b][2p-2]+E[b][2p]|
例えば、もし切替可能な負荷が観測されたかどうかを決定するための閾値が予測値の８０％であれば、そして、D[b][p]<0.2eであれば、ノードｐはノードｂのダウンストリームでないかもしれない。或いは、もし、0.8e<D[b][p]<1.2eであれば、ノードｐは、ノードｂのダウンストリームであるかもしれない。もしこれらの条件が満足されなければ、測定は確定できないと判断され、そしてステップ１００６で繰り返される。
【００６３】
そして、ステップ１００８で、他のものに対して、どのノードが“アップストリーム”または“ダウンストリーム”であるかについて判定がなされる。一旦、測定と計算の全てが完了すれば、各ノードは、切替可能な負荷の存在を検出したノード、即ちその“ダウンストリーム”であるノードのサブセットを有する。ノードは、配線接続される方向(direction)に依存して、それ自身の“ダウンストリーム”であるか否か決定されてもよく、このことは、所定のノードの配線接続の向き(orientation)を決定するために使用される（例えば、電源のラインがコンセントの下の突起(lug)または上の突起から出ているかどうか）。ブレーカーノード以外にはないノードの任意のノード“ダウンストリーム”は、ノードを介在することなく、直接的にブレーカーに接続される。加えて、このようなノードとブレーカーによって検出された任意のノードは、そのまま、このような検出ノードの‘ダウンストリーム’である。この処理は、ノードの全てが把握されるまで繰り返され、従ってマッピングされる。また、データベースで回路トポロジーを表すために、各ノードについての記録は、そのノードの即座の‘アップストリーム’(node immediately ‘upstream’ of it)に対するポインターを含む。従って、ステップ１０１０で、回路マッピング情報を表すエントリーのデータベースが生成される。
【００６４】
もし、オフ状態にあるスイッチのために特定ノードが給電されなければ、それは、初めにマッピングされてもよい。しかしながら、一旦、電源がこれらのノードに有効にされると、それらノードは、それら自身を、プロセッサ（図１のセントラルコンピュータ１０２のようなもの）を介して回路網に知らせ、そのプロセッサは、新たに発見されたノード、または、前述した同期化およびマッピング方法と同様の方法で同期化されマッピングされるべきノードを呼び出す。
【００６５】
ユーザは、システムインターフェイスを介してシステムと情報をやり取りする。再び図１を参照すると、システムインターフェイスは、セントラルプロセッサ１０２に存在してもよく、または、ディスプレイパネル１１２と統合されてもよく、または、ブレーカーパネル１０４自体に隣接してもよく、または、ノードと通信で結ばれた任意の他の位置に存在してもよい。また、複数のシステムインターフェイスが備えられてもよく、またはシステムと情報をやり取りしてもよい。例えば、図１に示されるような電力分散センターまたはセントラルコンピュータに実装されたディスプレイに加えて、またはそれに代えて、情報は、電源ラインを介してインターネットに送信され、または、無線でルーターを介してリモート装置に送信され、または、ネットワークを介して電話などに送信されてもよい。
【００６６】
インターフェイスは、一般には、ディスプレイと、タッチスクリーン、マウス、キーボードなどのようなシステムと情報のやり取りを行うためのメカニズムを備える。図１１ａに示されるように、ディスプレイは、選択された回路１１０６にマッピングされたノード１１０４とブレーカーボックス１１０２の表示を含む。図１１ｂに示されるように、回路１１０６における所定ノード１１０４を選択することにより、情報１１０８は、ノードに差し込まれたもの、そのノードの現在の電力使用や、所定期間にわたってノードで使用された電力について表示されてもよい。当然ながら、他の情報または追加の情報が同様に表示されてもよい。
【００６７】
また、システムは、各ノードで使用される電力、実際には、各コンセント（上と下）で使用される電力をモニタするほか、多くの他の項目（例えば、温度、他の環境条件、正確な電流引き出しプロファイルなど）をモニタする。一実施形態では、データは、プロセッサに読み取られ、プロセッサは、消費電力、または１又は２以上のノードに取り付けられた所定期間にわたる負荷を示す。このデータから、このノードについての電力消費プロファイルのほか、集合ノード(collective nodes)についての電力消費プロファイルが生成される。このようなプロファイルは、秒、分、時、日、週、月、または年を含む期間にわたって消費された電力と考えられ、また、プロファイルは、電力使用、電流引き出し、電力ファクター、デューティサイクル、開始電流、遮断電流、スタンバイ電力、ライン電圧、電流波形、時刻、日付、位置、及び／又は環境条件、またはそれらの相互関係(cross correlation)のような、他の種々の変数を含んでもよい。また、電力コストに関するデータは、コストプロファイルを作成するために使用されてもよい。相互関係は、２以上のデータセット間の類似性の測定値として把握される。例えば、電力消費と周囲温度、照明負荷と時刻、開始電流と温度など。
【００６８】
プロファイルからの所定量の偏差が検出された場合に警報が提供されてもよく、ノードに対する電力が遮断され、または関連するブレーカがトリップされてもよい。上記所定量は、全プロファイルに基づいてもよく、または、時刻(time of day)に関連するプロファイルの所定セグメントに基づいてもよく、または、デバイス固有(device specific)であってもよい。加えて、上記所定量は、コストに基づいてもよく、ここで、エネルギーの値段付けは、１日の所定時間の期間ではより高くなってもよい。
【００６９】
図１２ａは、このようなデータがユーザに対してどのように表示されるかを例示する図である。例えば、ノードは、ビルの中の所定の部屋と関連づけられてもよく、種々の部屋の電力使用について判定がなされてもよく、電力使用は、図１２ａに示すワットやワットアワー、或いは図１２ｂに示す貨幣単位のような種々の単位に分解(break down)されてもよい。ビル１２０２、部屋１２０４と、各部屋１２０６での電力使用は、ユーザに対して表示されてもよい。参考までに、使用は、カラースケール１２０８を用いて定量化されてもよい。加えて、特定の部屋の表示が図１３ａに示すように生成されてもよく、ここで、部屋１３０４、ノード位置１３０６またはアクティブノード１３０８についての電力使用１３０２のような情報が提供されるてもよい。また、特定のノードの分析が図１３ｂに示すようになされてもよく、ここで、所定ノードでの使用が判定され、プロファイル１３１０またはその他のものが分析されてもよい。
【００７０】
上述の説明から理解されるように、本システムは、ノードの物理的な位置を仮想的な図(virtual diagram)に対応づけることを可能とし、配線図内のノードの電気的位置は、物理的（実際の）ノードの位置に関連づけられてもよい。これは、物理的なノードに対するユーザ入力の手段を必要とし、例えば、各ノードのフロント部にボタンが備えられ、及び／又は、音響、光、または他の信号が提供されてもよく、それは、特定ノードの位置に関してユーザによって検出可能であってもよい。
【００７１】
本発明の他の態様は、ノードからの電力とノードを通じて流れる電力とを含むノードのステータスを評価しモニタすることによりネットワークの安全をモニタすることに関する。配線とデバイスの給電された回路網(network)では、安全でない状態は、電力が意図しない方法で使用され、または“失われた(lost)”場合に存在する。これらの方法の幾つかは、アーク（直列または並列の何れか）および高抵抗（不良接続または配線に起因するもの）を含む。本発明は、ノードでの、ノードからの、ノードを通じた、回路網の電力を合計する手段を備え、“失われた”電力を特定することが可能となっている。本発明は、失われた電力を特定するのみならず、どのノード間で電力が失われたかを特定し、特定の問題を特定し、問題解決(troubleshooting)を図り、詰まるところは修復するための情報を提供する。
【００７２】
一実施形態において、アップストリームノードに接続された１又は２以上のノードが特定されてもよい。一旦特定されると、ダウンストリームノードからの電力及びダウンストリームノードを通じて伝送される電力と、アップストリームノードによって伝送される電力との差分が決定される。もしアップストリームノードによって伝送される電力が、ノード回路網(node network)から引き出される電力またはノード回路網を通じて引き出される電極の測定値よりも大きければ、警報が発せられ、及び／又は、ブレーカーがトリップされてもよい。
【００７３】
例として図１を参照すれば、ブレーカーノード９は、電力をノードＰおよびＱに伝送する。この回路における損失電力の可能性(potential)を評価するために、本システムは、最初に、他のダウンストリームノードが存在しない回路におけるノードを特定する。この例では、ノードＱが、この条件を満足する唯一のノードである。（ブレーカー２の回路の場合では、ノードＤ，Ｈ，Ｇ，Ｉの全てがこの条件を満たす。）回路は、最初に、ちょうど次のアップストリームノード（Ｐ）のダウンストリームである点を調べることにより評価される。回路網におけるこの点を通じて伝送される電力（即ち、ノードＰによってノードＱに伝送される電力）は、ノードＱでのレセプラクルから引き出される電力に等しくなければならない。もしそうでない場合には、意図しない電力が、アーク、高抵抗、または他の状況を通じてノードＰとＱとの間で失われたかもしれない。そして、ちょうど次のアップストリームノードのダウンストリームである点（この場合、ブレーカ９）を評価し、ブレーカーノード９によって伝送された電力は、ノードＰのレセプタクルから引き出される電力と、ノードＰによってノードＱに伝送される電力に等しくなるべきである。従って、安全な状態では、ブレーカーノード９によって伝送される電力は、ノードＰから引き出される電力（そのレセプタクルを通じて）と、ノードＰからノードＱに伝送される電力との和に等しくなるべきである。もしそうでない場合には、意図しない電力が、ブレーカーノード９とノードＰとの間の回路網のセグメントで失われたかもしれない。この論理の拡張として、ブレーカーノード９によって伝送される電力は、ノードＰおよびＱから（それらの各レセプタクルを通じて）引き出される結合電力(combined power)に等しくなるべきである。
【００７４】
このような方法で、ノードの複雑な回路網がセグメントごとに分析される。上述した警報は、インターフェイスに与えられてもよく、ここで、ユーザは、問題を診断し、または、問題解決に関する有用なヒントを提供されてもよい。当然ながら、複数のノードが、ブレーカーと関連づけられるものとして特定されてもよく、そしてノードのそれぞれについての電力消費が特定されてもよい。従って、もし複数のノードのうちの一つが、“失われた”電力であれば、或いは二つのノード間の回路網が電力を失っているのであれば、回路網の一部が特定されてもよく、問題が修復される。
【００７５】
上述の例のように、もしノードＱに給電する配線のうちの一つが緩めば(loose)、そのことは、接続不良(poor connection)の抵抗を通じてノードＱのコンセントのうちの一つから電流が引き出され結果、電圧降下を生じる。もし、ノードＱから電力が引き出されていなければ、ノードＰから電力が伝送されず、そして状況は安全と考えられる。そして、１ｋＷを引き出す負荷は、ノードＱからのコンセントに配置されてもよく、ノードＱは，ノードＱから供給される電力を１ｋＷとして報告するが、ノードＰは、ノードＱの方向における伝送電力を１．１ｋＷとして報告する。従って、１００Ｗが計上されず、システムで消散されている。実際には、緩んだ接続において損失１００Ｗが消えている。実行される計算は、ノードＰの後であってノードＱの前で１００Ｗが失われたことを特定する。この状態は、安全ではないと考えられ、ブレーカーがトリップされる。他の例では、ネズミがノードＰとＱの間の配線を噛み(chew)、配線におけるホットおよび中性(neutral)からの故障電流をもたらす。ノードＰは、ノードＱの方向において伝送される５０Ｗの電力を報告するが、ノードＱは負荷を報告せず、実際には５０Ｗがネズミで消えている。実行される計算は、ノードＰの後であってＱの前で５０Ｗが失われていることを特定する。この状況は安全でないと考えられ、ブレーカーがトリップされる。本システムは、ノードＰとノードＱでの電圧を測定し、第２のケースではなく第１のケースにおける実質的な差分を観測することにより、これら二つの状況を区別することが可能となっている。第３の例では、或る凝縮(condensation)がノードＰの前の配線上で発生し、２Ｗの電力を浪費する。本システムは、ノード９によって供給される電力と、ノードＰによって伝送される２Ｗの電力との間の差分を観測する。これは、この状況に対するユーザへの警報をシステムに発生させる。上記の２Ｗは、凝集の消散(evaporation)を起こさせ、故障が解消される。これらのケースでは、失われた電力は、実質的には回路の容量を下回るが、或るケースでは、十分に危険(hazard)であるかもしれないことに注意されたい。小さな故障電力は、大きな故障よりも、より長い期間で許容され、幾つかの誤差が測定に存在するかもしれと考えられ、従って誤認警報(false alarm)を防止するためには、アクションの閾値が、測定における通常の誤差によって警報がトリガーされない程度に十分に高く設定されてもよい。
【００７６】
警報を発するかブレーカーをトリップさせるかどうかの決定は、システム負荷および特性、デュレーション(duration)及び／又はシステム測定誤差のようなファクターのみならず、他のファクターを考慮に入れてもよい。従って、当然ながら、例えば、警報は、少量の電力が長期間にわたって“失われ”、または大量の電力が短期に“失われ”た場合に発行されてもよい。また、当然ながら、複数のノードが、ブレーカーに関連するものとして特定されてもよく、ノードのそれぞれについての電力消費が特定されてもよい。従って、もし、複数のノードのうちの一つが電力を“失って”いれば、そのノードは特定されてもよく、そして問題が解消される。
【００７７】
上述の説明は、例示の目的で述べられたものである。それは、ここに開示した厳密なステップ及び／又は形式に開示を限定することを意図したものではなく、上述の教示内容を考慮すれば、多くの修正および変形が可能であることは明らかである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【符号の説明】
【００７８】
１０２；セントラルプロセッサ
１０２ａ；プロセッサ
１０４；ブレーカーボックス
１０６，１０８，１１０；回路
１１２，１２２；インターフェイス
１１４；コンピュータ
１１６；モバイルコンピュータ
１１８；ルータ
１２０；遠隔ロケーション
Ａ〜Ｑ；ノード
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１】
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【図２】
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