具体实施方式

本文描述的实施方式提供了一种系统，该系统以超融合的智能服务平台的形式提供并传递(无论是存储的还是经由有线或无线连接直接传递的)可访问的、灵活的、一致的、有效的、经济上更简单的，并且在财务上可行的电能和管理。从物理角度来看，该系统可以由称为智能能源模块(Smart Energy Module，SEM)的模块化的、可互换的且标准化的部件组成。这些部件可以包括能源存储设备、燃料电池、计算设备和/或其任意组合。这些SEM可以在各种平台和应用中使用，包括家庭环境和办公环境、电动车辆、电动工具等。SEM可以在单个界面和管理系统下进行管理，从而使得细节变得简单且易于管理、以及能够模块化且易于升级。从逻辑角度来看，本文所描述的实施方式提供了“虚拟化层(VirtualizationLayer，VL)”，该虚拟化层允许动态地虚拟化能源消耗、控制以及寻源，并且具有固有的安全能力。

本文描述的一些实施方式可以由物理层和虚拟化中间件层(即，VL)组成。在物理层中，可以将能源模块设计为简化和标准化能源系统的物理实施方式，从而使这些能源模块易于跨平台和应用安装、维护、使用和调换。VL可以与物理层连接以聚集能源资源、确定能源需求和消耗要求，接收和管理能源控制输入和时间表，以及与能源消耗设备连接以从能源资源中提供能源。

图1示出了根据一些实施方式的在商业建筑物中的能源系统。建筑物管理系统(Building Management System，BMS)102或建筑物自动化系统(Building AutomationSystem，BAS)是安装在建筑物中的基于计算机的控制系统，该控制系统控制和监控建筑物的机械和电气设备(诸如通风系统、照明系统、电力系统、消防系统、安全系统等等)。BMS102可以由硬件和/或软件组成以与信息总线104(诸如以太网、建筑物局域网(BuildingArea Network，BAN)等)交互。在本发明之前，BMS 102、建筑物自动化系统(BAS)和/或能源管理系统(Energy Management System，EMS)都遵循相同的基本操作原理，具体地，这些系统接收到了用户动作(诸如通过恒温器请求更多的热量)，然后通过打开空气处理器或其它机械系统以升高恒温器所在建筑物区域的温度来促进相应的变化。通常，这是通过作为中央控制台的BMS 102来完成的。在本发明之前，BMS是用静态设备硬编码的，其无法跟上新兴的“物联网(Internet of Things，IoT)”范式。能源虚拟化将物理从逻辑中抽象出来，从而允许动态资源整合、监控和管理。

通过信息总线104，BMS 102可以通过多个不同的网关108、110、112与建筑物系统的各个部件进行通信。这些网关108、110、112可以使用各种不同的串行通信协议(诸如针对控制而优化的Lon Talk协议、Modbus协议、专门用于建筑物自动化和控制网络的BACnet通信协议等)。这些网关可以从BMS 102接收信息以及将信息传输到诸如恒温器116、照明系统118、HVAC系统120等的部件。除了网关108、110、112之外，总线控制器114也可以从BMS 102接收命令以控制诸如锅炉122的部件。此外，系统可以包括各种传感器(诸如一氧化碳(CO)传感器106)，所述各种传感器通过网关112向BMS 102提供信息。

在图1的系统中，BMS 102保留了全部控制权，并且仍然是建筑物系统中的各个资源的中央网关。这是基于系统最初设计的时间段可理解的体系架构。然而，该中央网关现已成为系统操作方式的根本缺陷。在本发明之前，图1的系统仍然基于可追溯至1950年代的传统中心辐射型模型(hub-and-spoke model)。这类模型需要集中控制，因此具有单点故障。由于各个设备必须连接回中央控制器102，因此系统也非常不灵活，从而难以进行更改或更新。为了改变这一点，需要时间和金钱来对系统重新布线。从建筑物所有者的角度来看，这创建了一个垄断环境，在该环境中，安装BMS 102之后，每个未来的租户都被迫仅使用该BMS102，这使得极其不可能会激励任何单个租户替换BMS 102或升级任何附接的系统。此外，众所周知，现有的BMS系统的安全性很差。现有的BMS系统通常没有内置的安全性，并且取决于通过网络或其它接口提供的安全性。这种安全性缺陷是由于设计工程师是建筑物管理专家而不是安全专家，以及安装系统的承包商不是认证的网络安全专业人员或网络专业人员而导致的。这些网络太经常地暴露或没有得到充分的保护，从而产生后门程序并有机会访问其中的系统。这些限制是零售商店在2013年被黑客入侵的根本原因，其导致超过7000万人的身份被窃取。

尽管图1特别示出了用于商业设施的BMS系统，但是用于住宅设施的现代智能家居自动化供应商也存在许多相同的问题。提供模块化的唯一方法是订阅市场领导者(诸如或者)，这迫使消费者仅能购买其作为品牌生态系统的一部分的产品。具有品牌生态系统的合作伙伴必须经过“认证”，这将创新和进步限制在预定规范之外。

本文描述的实施方式通过本文描述的为“能源虚拟化”的概念而彻底改革了图1中描绘的传统的BMS系统。能源虚拟化平台是对当前技术的改进，在于其：(1)创建了建立在开放标准之上的能源平台；(2)使用高度可扩展的、安全的、灵活的且可靠的操作系统，该操作系统使用虚拟化技术用于跨平台支持；(3)将虚拟化概念应用于住宅、商业、汽车、零售空间等中的能源消耗；以及(4)为消费者提供了更低的能源成本，以及为能源消耗设备提供了更低的拥有成本，并为新的住宅/商业基础设施提供了更低的开发成本。

本文描述的系统的整体架构可以称为“虚拟化电网”。用于商业、住宅和/或工业设施的虚拟化电网可以包括称为能源虚拟化层的硬件/软件层，该能源虚拟化层提供用于能源提供设备、能源消耗设备、和/或能源控制设备的即插即用接口。智能电网提供了稳定的、本地化平台，可以在该平台中通过能源虚拟化层动态且无缝地安装、升级和移除新设备。

图2示出了根据一些实施方式的虚拟化电网的架构图。运行虚拟化电网的软件引擎是虚拟化层202，虚拟化层202从控制系统和用户接口中抽象出传统的物理资源。虚拟化层202用作类似于管理程序(hypervisor)的虚拟化中间件层，以管理虚拟化资源。与图1中示出的传统BMS 102不同，虚拟化层202可以在小型计算设备上运行，并且可以执行许多功能。虚拟化层202还可以管理多个控制系统，并且可以并行地支持多个不同的输出、输入和请求。作为“开放”系统，虚拟化层202可以接收来自任何允许与虚拟化层202连接的认证设备的输入，只要该认证设备符合虚拟化电网框架。虚拟化层202用作管理程序层，并且传统上由管理程序管理的动态资源池表示可以动态地添加到系统/从系统中移除的能源设备。类似于传统的硬件虚拟化，可以在虚拟化层上运行各种用户接口或能源控制设备，而不是在管理程序上运行各种操作系统。类似地，制造商可以在虚拟化层上运行维护或优化例程。

虚拟化电网还可以包括多个设备。这些设备可以包括各种传感器(诸如恒温器116和一氧化碳传感器106)。恒温器116也可以归类为控制设备，因为恒温器接收来自用户的输入，并基于设定点温度和在机壳中检测到的环境温度之间的差异生成自动化命令。通常，传感器设备提供表征环境(包括电气环境、温度/湿度/压力环境)、占用状态、安全系统传感器等的输入。控制设备通常向虚拟化层202提供输入，该输入可用于管理虚拟化层202如何将能源分配给虚拟化电网的其余部分。

另一类设备可以包括能源消耗设备(诸如照明系统118、HVAC系统120和锅炉122)。能源消耗设备的特征在于这些能源消耗设备接收来自虚拟化层202的命令并消耗由虚拟化层202提供的能源。尽管在图2中未明确示出，但是另一类设备可以包括能源提供设备。能源提供设备(或“能源产生设备”)可以包括太阳能面板、风力涡轮机、燃料电池、电池单元、与本地能源网的连接等。如将在下面更详细描述的，这些设备(例如，能源控制设备、能源消耗设备、能源产生设备等)中的每一者都可以通过物理接口网关204联接到虚拟化层202。锅炉122可以连接到IP控制器210。

如将在下面更详细描述的，虚拟化层202可以将每个设备视为逻辑资源。每个逻辑资源都可以与包括资源信息(诸如序列号、产品代码、许可信息、实际设备的物理属性、操作参数、控制参数等)的配置文件相关联。当连接到虚拟化层202时，可以提供认证过程以便连接到虚拟化层202。此外，虚拟化层202可以周期性地轮询各个设备以确定各个设备的状态并确保各个设备与当前操作模式一致。这确保了没有未授权的设备被拦截或背负到物理连接上。

与当今的机械环境和电气环境类似，各个设备都可以包括致动器，该致动器获取电输入并将该电输入转换为特定的机械动作(诸如开启或打开风门、点燃热水器、打开风扇等)。在本发明之前，该“致动器”是在BMS专有控制器部件处启动的，其中来自BMS的控制布线与设备连接。例如，BMS将会包括到HVAC系统120或到照明系统118的专有布线连接。在图2的虚拟化电网场景中，该专有连接可以由小型的一列IP接口模块来代替，该IP接口模块经由建筑物区域网络(BAN)104连接以传达动作或者接收来自虚拟化层202的状态请求。最初，可以针对各种特定设备类型提供这些IP接口模块，以在虚拟化层202处逻辑地且在物理接口网关204处物理地遵循统一接口。随着时间的推移，这些IP接口模块可以例如通过使用RJ-45数据连接器被自然地内置到各个设备中，以提供快速且简单的即插即用设置。物理层网关可以根据OSI模型进行操作，以管理基于网络的设备如何通信。

与图1的传统中心辐射型配置相反，图2的智能电网可以利用并行地支持多个过程、用户、设备等的现代网状网络设计。具体地，系统中的任何资源都可以并行访问任何其它共享资源，无论是能源消耗系统、能源提供系统还是控制系统。因此，一个节点或元件中的故障不会破坏整个系统。例如，在特定的办公室空间中操作HVAC系统122以达到所需温度并不取决于向第三方提供访问和/或控制以实现温度改变的单个核心系统。虚拟化电网消除了该概念，从而降低了系统的专有性并防止了操作瓶颈或系统故障。

虚拟化层202用作系统中的各个资源的虚拟互连。资源的数量可以非常大——在每个照明设备单独连接的大型建筑物中，可能有数百万个资源。在一个示例中，第一租户220-1可以在智能电网上运行其偏爱的BMS服务，以提供其建筑物自动化。这允许通过针对成本信息关联数据等而将第一租户220-1整合到其总部BMS中。第二租户220-2既可以独立地运行其BMS系统也可以与第一租户220-1并行地运行其BMS系统。除了租户之外，外部网络206(诸如互联网或WAN)可以为供应商210提供访问权限以远程监控建筑物系统。例如，供应商可以支持建筑物运行维护/升级例程和/或监控安全系统。在一些实施方式中，供应商210可以向建筑物本身提供供应和维护。例如，当需要更换特定的灯泡或风扇线圈时，供应商210可以监控照明系统118或HVAC系统120并生成工作指令。应当注意，从外部供应商到系统中的个体资源的这种水平的整合在现有的建筑物管理系统中是不可能的。在诸如照明控制器之类的现有解决方案中，制造商需要部署物理网关或其它接口来支持其专有的连接性要求。通过虚拟化电网，制造商可以仅提供轻量级的软件服务，该软件服务将制造商的控制标准转换至虚拟化控制器。

除了远程供应商210之外，外部网络206还可以为远程或移动用户208提供访问权限，使得远程或移动用户208可以通过他们的移动设备连接到建筑物虚拟电网。本地访问权也可以被授予本地用户/工程师工作站212。这可以对应于整个建筑物中各个位置的管理工作站和/或各个控制设备。例如，可以在每个办公室中提供触摸屏面板，以提供HVAC温度、通风气流、照明、安全系统等的本地控制。还可以提供防火墙设备214，以授予对可以通过BAN104与系统连接的不太安全的设备的访问权限。

在一些实施方式中，当新资源或物理资产对系统而言出现时，虚拟化层202内在优点可以特别明显。例如，一些实施方式可以包括具有电动车辆的用户，这些用户想要用他们办公大楼中的能源系统调换来自车辆的电池或燃料电池。先前，在设计系统时需要知道电池或燃料电池的操作特性，以便处理电动车辆和建筑物之间的这种转移。在这些实施方式中，虚拟化层202可以检测插入到插座中的新燃料电池或电池模块、询问/认证电池模块以接收配置文件信息，从该配置文件信息中确定电池模块或燃料电池的操作特性，以及将电池模块或燃料电池的操作整合到智能电网中。根据电池模块或燃料电池的能源水平，虚拟化层202可以将这些电池模块或燃料电池归类为能源消耗设备或能源提供设备。作为能源消耗设备，智能电网可以为电池模块或燃料电池充电或加油，作为能源提供设备，虚拟化层202可以使插座从电池模块或燃料电池中提取能源，以供整个建筑物的其它资源使用。可以实现对动态地添加到智能电网生态系统中或从智能电网生态系统移除的设备进行评估、认证、整合、报告等能力，而不需要这些设备如何操作的先验知识。本质上，在生态系统中的各个资源与虚拟化层202和物理接口网关204之间在逻辑上和物理上都对接口进行了标准化。

虚拟化电网将系统上的设备的物理表示从逻辑表示中抽象出来。这允许动态资源整合、监控和管理。虚拟化层可以运行表示能源设备的虚拟设备，而不是运行虚拟机。此外，虚拟化层可以运行用户接口或容器以支持供应商服务或支持公共设施整合。IT世界中传统硬件虚拟化与本文所述的电网的能源虚拟化层之间的另一区别是分布。传统的虚拟化是在单个物理系统上进行的。相反，虚拟化层可以分布在许多不同的设备上，因为系统使用IP网络来使这些远程设备互连。

图3示出了根据一些实施方式的用于认证设备的系统。如本文所使用的，术语“认证”是指以下过程：接收新设备连接至智能电网系统的指示，向该新设备发送询问，接收指示新设备是否与虚拟化电网系统兼容的信息，以及接收通知智能电网系统如何与新设备交互的模块配置文件。在该示例中，电力消耗设备/电力产生设备之一可以包括虚拟电网机箱308，并且新设备可以包括被插入到智能电网机箱308中的模块化电池310。虚拟电网平台304可以包括上述的网络、虚拟化层和物理接口网关。当系统检测到新设备时，虚拟电网平台304可以自动询问、认证并开始运作新设备。在一些实施方式中，远程用户208和/或基于云的虚拟电网托管服务302也可以初始化认证过程。在一些实施方式中，虚拟电网托管服务302可以直接与虚拟电网平台304通信，而在其它实施方式中，可以通过外部网络306来促进此类通信。

一旦检测到新设备，就可以确定该设备是否被授权为与虚拟电网平台304一起工作(312)。可以通过检查以下描述的模块配置文件中的一个或多个操作特性以确定所述操作特性是否与虚拟电网平台304兼容来进行该确定。在一些实施方式中，可通过读取新设备的序列号或其它标识符，并将该序列号与兼容设备列表进行比较来进行该确定，其中该兼容设备列表本地存储在智能电网平台304上或远程存储在虚拟化电网托管服务302处。一些实施方式可以使用密码认证过程，借此，使用密码密钥来通过提供认证数字签名来认证(在密码意义上)新设备的身份。例如，可以在虚拟电网平台304和新设备两者上使用公钥/私钥对，以认证新设备的身份。如果设备未被授权，则虚拟电网平台304可以禁用新设备与虚拟电网机箱308之间的物理连接(320)。

如果设备被授权，则虚拟电网平台304然后可以确定与虚拟电网平台304相关联的用户账户是否可以允许新设备与虚拟电网平台304整合。在一些实施方式中，可以确定用户账户在虚拟电网托管系统302中是否信誉良好。一些实施方式可以使用基于订阅的服务，其中虚拟电网平台304被提供为能源即服务(EaaS)平台。在EaaS用户账户下，用于虚拟电网平台304的硬件/软件可以安装在建筑物上，但是硬件/软件的所有权可以归智能电网公司所有。代替购买设备/软件，用户可以订阅服务，该服务允许用户定期(诸如每月)重新激活其账户。关于账户是否允许添加新设备的确定可以包括确保用户账户当前是激活的并且信誉良好。在其它实施方式中，智能电网硬件/软件可以由建筑物所有者/管理者购买。在这种情况下，用户可以建立许可和控制，所述许可和控制确定特定品牌的设备或设备类型是否在网络上被允许。因此，即使设备可以被授权，用户账户本身也可以禁止在智能电网平台304上激活这类设备。如果未确定用户账户允许连接设备，则可以如上所述不允许连接(320)。

如果账户被批准用于新设备，则虚拟电网平台304可以确定该设备执行的功能是否被批准(316)。如下所述，各个设备可以执行特定的功能，诸如HVAC功能、温度控制功能、照明功能、门锁功能等。一些设备功能可能与建筑物结构不兼容，因此被不允许。例如，安全系统控制器可能与不包含安全系统传感器的建筑物不兼容。如果不允许该功能，则如上所述，可以中断与新设备的连接(320)。

在一些实施方式中，虚拟电网平台304可以从新设备请求一组操作参数和/或特性(318)。该操作参数/特性可以被存储在模块配置文件306中，作为认证过程的一部分，模块配置文件306从新设备传输到虚拟电网平台304。可替选地或附加地，新设备可以向虚拟电网平台304发送一些标识信息，并且虚拟电网平台304可以在本地数据库中查找模块配置文件306或通过虚拟电网托管服务302在线查找模块配置文件306。如果提供了参数并且这些参数与虚拟电网平台304兼容，则设备可以连接到虚拟电网平台304(322)。

模块配置文件306中的操作参数/特性可以包括各种各样的信息。在图3的示例中，模块配置文件306包括将新设备归类为能源存储设备(与能源消耗设备或能源控制设备相对)的设备类别。模块配置文件306还可以包括序列号和/或其它标识信息(诸如制造商、产品型号、序列号等)。模块配置文件306还可以包括数字版权信息，诸如软件许可或加密密钥，该软件许可或加密密钥允许所需的软件与待通过虚拟电网平台304下载和/或使用的新设备交互。在能源消耗/产生设备的情况下，模块配置文件306可以包括电操作参数，诸如提供/需要的电压、提供/需要的电流、电池化学成分、燃料电池类型、最大充电周期次数、充电周期历史、存储容量、充电水平、最大充电周期次数、波形时间特性、最小/最大误差范围、操作温度范围、冷却要求、可流动废物/电解液要求等。虚拟电网平台304可能需要该信息，以便从新设备适当地提取能源和/或向新设备提供能源。注意，可以将一些设备(诸如图3中的电池310)归类为能源存储设备和/或能源消耗设备两者。当电池310具有足够的电荷时，电池310可以用作能源提供设备，以向虚拟电网平台304提供能源以供其它能源消耗设备使用。可替选地，当电池310没有足够的电荷(例如，低于阈值量)时，电池310可以用作能源消耗设备，并且可以由从虚拟电网平台304接收到的能源进行充电。

在一些实施方式中，模块配置文件306为虚拟电网平台304提供以即插即用的方式与新设备交互所需要的所有信息。这允许开发新设备，而不需要将软件升级到虚拟电网平台的虚拟化层。而是，虚拟化层将每个新设备都视为虚拟资源(该虚拟资源为动态资源池的一部分)，并依赖于该虚拟资源来提供将该虚拟资源整合到虚拟电网生态系统的其余部分中所需的信息。图3中的模块配置文件306是特定于能源存储/提供设备的。在新设备为能源消耗设备的情况下，模块配置文件306可以包括向设备供电的AC/DC电流、电压和/或波形要求、以及可以向新设备/从新设备提供的通信协议和/或公认的命令。能源控制设备可以具有模块配置文件，该模块配置文件包括用于为能源控制设备供电的类似信息，以及可以向能源控制设备/从能源控制设备传输的命令和/或通信协议。

图4A示出了根据一些实施方式的用于物理接口网关的公共接口和适配器。关于图3描述的模块配置文件允许虚拟化层通过将设备视为虚拟化资源而与任何设备交互。虚拟电网平台的物理接口网关204针对可以物理地附接到虚拟电网系统的任何能源消耗/产生/控制设备提供标准化的物理接口。图4A的实施方式包括可以插入在物理接口网关204和设备410之间的适配器412。物理接口网关204可以包括可以容纳几乎任何能源消耗/产生/控制设备的公共物理接口404。公共物理接口404可以包括AC电力连接、DC电力连接、通信总线接口和/或一个或多个数字输入/输出(I/O)信号。该接口的示例将在下面关于图10更详细地描述。AC/DC电力连接可以向设备410提供电力或从设备410获取电力。可替选地，可以使用以太网供电(Power over Ethernet，PoE)来提供到控制器电子器件/来自控制器电子器件的通信以及操作这些控制器电子设备所需要的电力。通信总线接口可以向设备410发送命令/从设备410接收命令，该命令包括状态信息配置文件信息以及功能致动命令。所述一个或多个数字I/O信号可以包括复位信号、启用信号和其它状态命令/信号。

当与设备410连接时，许多设备可能最初与虚拟电网平台的公共物理接口404不兼容。例如，设备410可以包括专有接口408，该专有接口408包括其自身的能源输入/输出、控制信号、通信接口等。专有接口408可以或可以不与公共物理接口404兼容。因此，硬件适配器412可以物理地联接在设备410和物理接口网关204之间，且既用作物理适配器又用作逻辑适配器。适配器412可以包括与设备410的专有接口408兼容的第一接口406。因此，不与公共物理接口404固有地兼容的各个特定设备410可以将其自身的唯一适配器和与该设备410兼容的第一接口406一起使用。适配器412可以另外地包括将从设备410接收到的信号转换成与公共物理接口404兼容的信号的电路。该电路可以包括总线接口/转换集成电路(Integrated Circuit，ICs)、电压电平移位电路、调制和/或延迟电路等。第一接口404还可以包括与设备410的物理接口匹配的物理连接器。

尽管各个设备410的适配器412可以包括唯一的第一接口406，但是第二接口402在各个适配器412之间可以是统一的。第二接口402可以包括与物理接口网关204的公共物理接口404在物理上和逻辑上都兼容的接口。因此，通过在设备410和物理接口网关404之间插入适配器412，设备410将对物理接口网关204透明地呈现，就像该设备具有固有地与公共物理接口404兼容的接口一样。类似地，设备410看起来就像该设备正在利用第一接口406而不是利用物理接口网关204与兼容设备连接。这允许现有的传统设备无缝地整合到虚拟电网平台，并且可以与虚拟化层连接，而无需将软件/硬件升级到设备或平台。

图4B示出了根据一些实施方式的配备有公共物理接口402的设备410。随着虚拟电网系统的公共物理接口404变得标准化并被更广泛地使用，更多的设备可以变得固有地配备有公共物理接口402，而不是配备很多专有接口之一。在这种情况下，适配器可以从物理接口网关204和设备410之间的连接中移除。

图5示出了根据一些实施方式的联接到物理接口网关204的多个能源产生设备。多个能源产生设备中的每一者都可以联接到公共物理接口404的唯一实例。图5中示出的特定能源产生设备仅仅是示例，并不旨在限制。在一些实施方式中，向建筑物提供商业电力的电力电网510可以联接到物理接口网关204。电力电网510可以通过传统的电箱连接，所述电箱然后被修改为包括到上述虚拟化层的连接。

除了电力电网510之外，一些实施方式还可包括本地能源生成和/或存储。例如，住宅或商业建筑物可以包括专门为特定建筑物发电的太阳能面板508。太阳能面板508可以向物理接口网关204提供电力。类似地，一些设施可以包括其它能源产生设备(诸如风力涡轮机506、水力发电机等)。在这些情况下，多余的能源可以由这些本地能源生成设备提供，使得电力电网510也可以被归类为能源消耗设备。换言之，由本地能源产生设备生成和/或存储的电力可以用于向电力电网510提供电力。由于用户可能有资格获得来自电力公共设施提供商的折扣、激励或付款，因此虚拟化层可以跟踪提供给电力电网510的能源的量。

一些实施方式可以包括允许插入电池模块502和/或燃料电池504的机箱。像电力电网510一样，电池模块502和/或燃料电池504可以根据物理接口网关204是否提供电力和/或燃料来给电池模块502和/或燃料电池504充电，或者物理接口网关204是否从电池模块502和/或燃料电池504接收电力，而被归类为能源产生设备以及能源消耗设备两者。

图6示出了根据一些实施方式的联接到物理接口网关204的多个能源消耗设备。如上面针对图5的能源产生设备所描述的，能源消耗设备可以均联接到公共物理接口404的唯一实例。能源消耗设备可以包括HVAC系统120、照明系统118、锅炉系统122、热水器、任何数量的智能家电等。可以被归类为控制设备的一些设备也可被归类为能源消耗设备(诸如环境传感器、安全系统、恒温器等)。

如上面关于图2所描述的，各个设备的物理接口可以包括IP模块，该IP模块允许设备之间以及智能电网平台中的BAN上的虚拟化层中的设备之间的直接通信。该IP控制器可以与IP地址相关联，所述IP地址允许设备使用其它设备的IP地址寻址所述其它设备。图6中的一个这类示例为锅炉设备122，该锅炉设备122可以借助IP控制器210进行通信。

图7示出了根据一些实施方式的多个能源控制设备。注意，图7中示出的许多能源控制设备还可以适合作为能源消耗设备。这些能源控制设备可以包括恒温器116、安全系统702、一氧化碳传感器106、危险检测器、烟雾检测器等。此外，控制设备可以包括一个或多个移动计算设备704。移动计算设备704可与虚拟电网平台无线通信。为了促进无线通信，无线适配器706可连接到公共物理接口404之一。可替选地，物理接口网关204的一些实施方式可以包括与通用无线通信标准(诸如IEEE 802.11、蓝牙、紫蜂(ZigBee)、线程(Thread)等)兼容的专用无线通信端口。

图8示出了根据一些实施方式的用于通过虚拟电网平台850存储和管理能源的系统的框图。虚拟电网平台850可以包括通过物理接口网关204与多个设备的连接。这些设备中的每一者都可以向虚拟电网平台850提供能源。虚拟电网平台850还可以包括中央能源存储设备806，该中央能源存储设备806可以由超级电容器、电池化学成分、电池单元、燃料电池等组成。通过物理接口网关204接收到的能源可以由虚拟化层管理，并存储在中央能源设备806中。类似地，当能源消耗设备需要来自虚拟电网平台850的能源时，虚拟化层可以使中央能源存储设备806通过物理接口网关204向所请求的能源消耗设备提供能源。

作为示例，包括一个或多个电池模块310的虚拟电网机箱308可以向中央能源存储设备806提供能源。类似地，其它能源产生设备(诸如太阳能面板、风力涡轮机、水力发电机、地热发电机等)也可以通过物理接口网关204提供待存储在中央能源存储设备806中的能源。电力电网510还可基于能源虚拟化层是否确定以下来存储和/或接收来自中央能源存储设备的能源：建筑物不再需要足够的多余能源以及可以取而代之将多余能源提供给电力电网510。中央能源存储设备806提供了一种从各种源聚集能源并将该能源分配到实时系统中的各种能源消耗设备的方法。

在图8中，从电力电网510接收的能源在被传递到各种能源消耗设备804和/或各种能源控制设备802之前可以路由通过虚拟电网平台850。在一些实施方式中，电力电网510还可以直接连接到能源消耗设备804和/或能源控制设备802，并且这类设备的能源消耗可以由虚拟电网平台850的虚拟化层管理。例如，能源消耗设备(诸如电视)可以连接到用户家里的传统110伏(V)插座。可以直接从电力电网510向电视提供能源，但是可以由虚拟化层通过物理接口网关204监控电视的能源使用。这允许虚拟化层建立家庭能源预算并调节各种能源消耗设备804的能源使用，即使在虚拟化层不直接向这类设备供电时也是如此。

图9示出了根据一些实施方式的可以在用于在整个系统中聚集和提供各种形式的能源的虚拟电网平台上出现的电路的简化图。该电路可以包括DC接收器电路902，DC接收器电路902从各种源(诸如燃料电池、电池模块、太阳能面板等)接收DC电压/电流。DC接收器电路902可以接收这些各种各样的DC信号并将这些DC信号转换成单个DC信号以对中央能源存储设备806充电。类似地，该电路可以包括AC整流器电路906，AC整流器电路906可以接收并整流来自诸如电力电网的源的AC信号。DC整流器电路906可以组合这些经调节的DC电路，并将其提供给中央能源存储设备806以进行存储。一些实施方式可以将整流后的DC信号简单地作为另一待聚集的DC输入从AC整流器电路906引导到DC接收器电路。

控制处理器904可以监控中央能源存储设备806并控制各种输出。能源虚拟化层可以在控制处理器904上操作。尽管虚拟电网平台可以包括许多的AC输出和DC输出，但是为了清楚起见，在图9中仅示出了一对输出。在控制处理器904上操作的虚拟化层可以将信号提供给逆变器910和多抽头变压器908，以分别提供各种AC信号916和DC信号918。控制处理器可以基于联接到输出916和/或输出918的能源消耗设备来管理各个输出信号的电流、电压和/或频率。回顾上述虚拟化层可以如何接收各个能源消耗设备的模块配置文件。配置文件信息可以包括例如能源消耗设备所需要的DC电压和电流。当连接到输出916和/或918时，虚拟化层可以例如关闭逆变器910并编程多抽头变压器908以提供指定的DC电压和电流。如上所述，物理接口还可以包括通信总线914，该通信总线914在系统中的各个设备之间共享并且使用IP协议进行寻址，或者可替选地该通信总线914专用于连接到该特定接口的特定设备。

图10示出了使用智能电网平台来管理建筑物中的能源使用的方法的流程图。该方法可以包括聚集/存储来自一个或多个能源产生设备的能源(1002)。所述方法还可以包括接收控制能源使用的命令(1004)。可以通过如上所述的虚拟化层从能源控制设备接收这些命令。此外，这些命令可以由能源虚拟化层本身根据能源使用计划、预算或时间表来生成。所述方法还可以包括向一个或多个能源消耗设备提供能源(1006)。可以通过如上所述的标准化物理接口来提供能源。所述方法还可以包括向一个或多个能源消耗设备提供命令(1008)。可以提供这些命令来管理这些能源消耗设备在从虚拟电网平台接收能源时的使用。

应当理解，图10中示出的具体步骤提供了根据各种实施方式的使用智能电网平台来管理能源使用的特定方法。根据替选实施方式，还可以执行其它的步骤顺序。例如，本发明的替选实施方式可以以不同顺序执行以上概述的步骤。此外，图10中示出的各个步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤可以根据适合于各个步骤的各种顺序来执行。此外，可以根据特定的应用，添加或移除另外的步骤。可以从外部服务接收天气输入，并且虚拟电网可以使用这些天气输入来通过例如预热/冷却建筑物来对条件进行反应或抢占先机。本领域的普通技术人员将认识到许多变型、修改和替选。

由上述能源虚拟化层和虚拟电网平台解决的技术优势和技术问题根据本发明应该是显而易见的。虚拟化是计算机系统和计算机网络(特别是信息技术(InformationTechnology，IT))领域中熟悉的概念。计算机资源的虚拟化允许实现云服务、大规模的操作环境、动态的用户体验和成本高效益。同样，如本文本描述中的能源虚拟化在逻辑上定义了所有的能源要素，包括生成、存储、消费者使用等三个复杂而又简单的管理平台，能源虚拟化允许基于需求、可用性、使用时间和各种其它因素动态分配能源资源。能源虚拟化克服了智能家居和智能建筑概念当前面临的许多挑战。能源虚拟化还为用户和公共设施提供了手段以计划、定制和流线化到各种能源服务的传递和访问。

具体地，能源虚拟化提供了宏观和微观级别的基础架构，该基础架构提供了灵活、可扩展的能源系统。在其最简单的形式中，能源虚拟化部署了能源控制设备到能源消耗设备直接通信，例如，能源虚拟化不需要将恒温器直接连接到HVAC管理系统。而是，各个设备，无论其是能源控制设备还是能源消耗设备，都可以联接到虚拟化层或“能源管理程序”，能源虚拟化层或“能源管理程序”可以动态地接收来自控制设备的命令并根据需要向能源消耗设备提供命令。此外，能源(诸如SEC、传统电源插座、太阳能面板、燃料电池等)只是可以根据需要与其它设备配对的虚拟化层的额外输入。这避免了专有网关的使用和单点故障。此外，提供了固有的安全措施来适当地控制谁以及什么具有对各种资源的访问权、以及他们的控制和交互程度。也可以实现事件的全面监控和记录。

例如，能源虚拟化不需要不同层(例如，电力、控制和消耗)之间的固定关系。尽管在住宅情境中固定关系方法引起的问题可能并不总是显而易见的，但是在商业情境中却成为最重要的问题。建筑物管理系统(BMS)能够在商业建筑物内的系统上形成垄断。这迫使租户采用这些系统供其使用，并且租户经常受到功能的限制，并且缺乏与租户可能希望使用的可用能源管理产品的互操作性。出于商业原因，传统的BMS供应商众所周知地在发布新技术时会很慢地包括新技术，并且他们通常不愿意将其现有系统与新技术整合在一起。即使商业建筑物管理部门想要购买新的BMS，这也将需要大量的资本支出以便与新兴技术兼容。能源虚拟化通过允许“即插即用”能力来并行运行BMS，并且在新系统和部件变得可用/不宜使用时动态添加/删除这些新系统和部件，从而解决了这些问题和许多其它问题。

能源虚拟化还提高了能源安全性。具体地，本文描述的能源虚拟化系统可以为房东、租户、公共设施、系统以及在能源虚拟化系统的情境下与之一起操作的其它实体创建更安全的环境。对于需求侧管理(Demand Side Management，DSM)和其它控制与系统管理技术，在一些情况下，快速采用可持续发展的能源并对其进行更好的控制可能至关重要。当前，在消费者、住宅空间和商业空间中，智能家居或BMS之间的互操作性是不可能的。BMS系统通常提供简单的通用管理和自动化功能。能源虚拟化将允许能源系统制造商与BMS/BAS系统一起运行优化和连续调试过程，以确保所有系统都以最高效率运行。

能源虚拟化所提供的提高水平的可用性和灵活性确保了即使在异常情况下也可以始终监控和控制资产。本文描述的实施方式简化了如何能够快速整合不同的系统，包括HVAC系统、电气系统、紧急系统、火灾警报系统、智能家居系统等。这些系统中的每一者都被“虚拟化”，从而成为仅运行在能源虚拟化平台上并使用标准化方式连接到其它设备和能源的另一部件。例如，虚拟化平台可以简化异常事件期间紧急服务和其它第三方可以如何被授予访问权。可以通过软件补丁或对各个部件的电子升级来下载不断发展的代码和安全标准，而不需要完整的系统更换。除了能源安全之外，认证对于能源设施和传输系统也变得越来越重要。本文描述的虚拟化能源解决方案是适应能源认证以评估连接至能源虚拟化层的各个系统的身份和互操作性的最简单且最强健的方式。

能源虚拟化允许几乎任何部件连接到智能家居系统。能源虚拟化抽象了无数的“物联网(IoT)”传感器和部件，因此允许自由地使用这些传感器和部件，而不必锁定于单个网关解决方案。除了能够与其它设备自由通信和互操作之外，本文描述的虚拟化平台还是可靠的AC电力和DC电力(例如，48V DC)以及通信接口的集中源。因此，虚拟化层实际上还是传感器、控制器、照明系统、自动化系统、智能家电等的大型以太网供电(PoE)源。虚拟化层允许云服务和IoT设备本地地或经由智能设备管理系统。虚拟化层还允许整合来自第三方的数据(诸如实时定价模型、利用率反馈、使用时间、需求响应定价等)。

能源虚拟化模型可以与上面详细描述的包括模块化电池和/或燃料电池技术的便携式能源系统耦合。在其它示例中，能源虚拟化模型可以与分布式能源系统、微电网/纳米电网、个性化服务提供系统以及能源部门中出现的各种其它系统耦合。在这类示例中，能源虚拟化提供了工具包，该工具包允许以前静态的本地能源系统具有更大的灵活性和可扩展性。随着能源虚拟化变得更广泛使用，其使能源系统之间的标准化和模块化成为可能，这又使得兼容的设备和系统更易于设计、安装、管理和/或扩展，并且可以安全地做到这一点。例如，在发生故障、恶意攻击、代码损坏等情况下，虚拟化能源系统可以快速回滚。更新和补丁程序可以通过安全方式远程或本地分发和/或安装。

在一些实施方式中，能源虚拟化不仅支持将能源传输到各种系统和/或设备，而且能源虚拟化还可以将其它增值服务(诸如通信信道和系统、安全系统、娱乐系统、内容交付等)纳入其中，作为超融合能源系统经济的一部分。一些实施方式还可以包括门户，该门户允许访问能源系统中的各个租户而无需任何一方提供管理员访问权限。可以有选择地允许授予访问权限的第三方访问监控数据、使用数据、使用趋势等。能源虚拟化还具有动态管理各种资源的能力，以有效地对各种情况和需求场景(诸如天气中断或需求收费)进行响应。

一些实施方式可以与云服务整合以存储历史使用数据和共享数据。云组件还可以用于远程管理和/或监控数据和能源使用。一些实施方式还可以包括对私有云的访问，使得私有数据不需要离开所有者的站点。与云或其它网络基础架构的连接可以包括在服务器和通用IT硬件(与专有系统相对)上部署基础架构的标准化方法。

在一些实施方式中，各个能源虚拟化系统可以通过电力网/通信网进行互连。从宏观上看，各个虚拟化系统都可以视为可扩展资源。随着系统的发展，新的租户可以移动到现有的能源虚拟化系统中，在系统之间迁移或扩展到其它站点。虚拟化电网管理服务器可以管理公共能源配置文件，该公共能源配置文件可以跨站点联合以实现一致的共同策略。作为服务提供商(或“虚拟公用设施”)，虚拟化允许广泛的资源聚集和管理以提高容量、最小化对电网的影响、最大化电网及顾客的潜在利益。这使用标准化和可调整的技术简化了整合实时定价机制并在大量资源中进行散播的方法。此外，如有必要，可以对能力更改、新举措、制造商升级、政府要求等全部进行远程部署、监控和实行。

能源虚拟化简化并实现了动态安装、分配或利用资源(如从资源生成到存储或其它)的过程。对于超融合系统，能源虚拟化可以进一步实现从一种形式的能源到另一种形式的能源的转变。例如，在电动车辆中，相同的基本基础架构可以整合和支持能源存储模块，并适应到燃料电池模块的变化，以获得燃料电池模块可以提供的优势。因此，车辆和其它资源未被锁定于固定的能源，而是可以由任何基于标准的虚拟资源供电。

如上所述，智能电网平台中的资源可以彼此并行通信。实施方式包括使用基于IP的、串行的、2线的和/或其它传统方式的连接传感器(温度、光、CO等)，控制器(HVAC致动器、风扇等)，和/或能源系统(照明、熔炉、空气处理器等)。这些可以聚集到中立接口网关中。各个能源部件和接口都可以根据其用途在软件逻辑中进行数字化、分类和定义，使得各个能源部件和接口成为图标(块、单元、或资源)，可以将该图标拖动到最小化重复编程和配置的配置中，就像传统的虚拟资源一样。公共的物理接口从需要中立地托管各种用户和第三方的软件和管理层中抽象可能涉及的无数设备。各个资源都可以具有配置文件，该配置文件可以手动创建或配置，或者由制造商提供，在连接时可以由虚拟化层自动识别该配置文件。

虚拟电网平台可以包括传统的服务器存储平台，该服务器存储平台可以运行专有软件以提供开放的接口，从而允许用户与BMS、供应商工具、实用程序、传感器和其它部件进行交互。虚拟电网平台允许第三方系统和控制器通过标准化协议(诸如IP)进行通信，以提供对资源的共同访问。不是为各个供应商的产品部署工作站和其它系统，而是将工作站和其它系统的功能聚集到上述智能电网平台的公共系统中。

一些实施方式可以使用可部署为高电流DC公共主干(诸如图10中的聚集的DC信号)的本地48V DC电源，而不是使用大多数建筑物中常见的高压电源或立管。这可以省略一系列涉及从实用电压13+kV到480V、208V、110V AV到12V DC等的使得这些电压可以被常规电子器件消耗的变压器，这些实用电压通常会浪费大量能源。相反，48V DC在传统电信中通常用于为设备供电，在过去的十年中，用于通过以太网连接为IT系统(电话等)供电，甚至是为LED照明供电的手段。作为立管电力解决方案的一部分，并且为了简化安装，一些实施方式可以使用超导材料(诸如REBCO)，该超导材料允许将高安培电力立管安装在2英寸绝缘导管中。出于维护目的，这还可以包括小型储存罐和加油口。

尽管上述许多示例集中于单个站点(诸如家庭或建筑物)的能源虚拟化层，但其它实施方式不限于此。图11示出了在统一的系统中使用智能网关将多个站点、用户、虚拟化服务提供商、资源等链接在一起的虚拟化能源基础设施1100的图。基础设施1100可以独立于所使用的用户设备或能源的特定类型而工作。例如，基础设施1100不需要依赖于上述的模块化和/或可调换的能源单元设备，而是可以与任何能源(诸如太阳能电池或商业电力网)连接。

可以通过各种不同的技术来促进基础设施1100中的各种设备之间的通信。在一些实施方式中，用户设备1114可以与基础设施1100中的其它元件通信。用户设备1114可以包括智能电话、笔记本电脑、平板电脑、工作站、声控数字助理、智能手表和/或任何其它个人计算设备。用户设备1114不需要与基础设施1100中的任何其它设备同位，而是可以使用各种通信技术来从任何位置控制设备。例如，可以通过任何有线或无线协议(诸如IP协议)来促进通信。这些通信可以通过外部网络1108(诸如互联网)、或者通过广域网(Wide-AreaNetwork,WAN)、局域网(Local-Area Network，LAN)或任何其它网络协议来传播。

用户设备1114可以提供可以应用于其它能源系统的虚拟化控制解决方案。这些其它能源系统可以包括多个站点1104、1106，诸如建筑物、房屋、工厂、工业中心、商业中心、办公楼等。这些其它能源系统还可以包括电动车辆以及其它固定应用和/或移动应用。在一些实施方式中，基础设施1100还可以包括可以从整合的分布式系统控制中受益的非能源系统。与传统的控制系统或BMS相比，图11中描述的虚拟化基础设施可以允许任何设备与任何系统通信。传统的控制系统与受控系统以1：1的关系配对。例如，恒温器允许用户更改与HVAC系统相关联的单个区域中的温度。在另一示例中，智能家居应用允许用户打开/关闭自己家里或房间的灯。然而，如通过图11的布置可以清楚地看出的，单个用户可以根据他们的许可和安全要求来访问和控制基础设施1100内的任何资源。

可以在系统、应用、站点、设备和/或能源的许多实例中应用上面针对单个站点描述的使用虚拟化层的虚拟化能源概念。这可以允许用户设备1114通过异构控制环境连接到用户的车辆、用户的家、用户的工作场所或社区/城市资源。该异构控制环境可以用于实现智能建筑、智能城市、智能基础设施等。例如，通过将用户设备1114连接到城市交通系统，基础设施1100可以对规划的交通路线或用户/驾驶员的总数做出响应，然后调整交通灯定时以确保平衡的交通流量。在同一示例中，设施1100可以允许自动收费，允许进入建筑物的停车场并提供安全保护，并且可以为用户到达而准备HVAC系统，建立音频/视频会议，以及与环境系统中的其它系统交互以根据用户偏好预配置这些系统。虚拟化服务提供商1112可以包括云数据库1110，该云数据库1110包括可以用于在预期用户到达时配置系统的用户偏好、资源和账户。因为可以通过虚拟化服务提供商1112聚集用户行为，所以即使没有明确向虚拟化服务提供商1112提供这些偏好的用户，也可以分析集体用户模式来预测用户偏好。

如上所述，虚拟化基础设施1100为用户设备1114和站点1104、1106都提供了统一接口。例如，虚拟化基础设施1100可以提供智能建筑应用(Smart Building App)以与用户的家、办公室、车辆等连接/联接。智能建筑应用还可以用于临时位置(诸如会议室、酒店房间、机上娱乐系统等)。通过为单个应用提供标准化的界面，这防止了用户的手机或设备上所谓的“应用蔓延(app sprawl)”，并且不需要站点所有者为其自己的建筑物和租户定制开发控制应用程序来使用。此外，标准化的接口可以为第三方针对他们自己的应用提供一致的整合接口，该标准化的接口还提供了系统优化和调试例程。例如，开发者仍然可以根据需要在他们自己的应用上自定义图形组件和用户体验。然而，用户接口层下的控制技术和通信过程可以保持标准化以与虚拟化基础设施1100连接。这可以利用物联网(IoT)的能力来提供更广泛的访问、更快的整合、更安全的交互以及更具商业可行性和可扩展性的解决方案，而不需要定制的API和DLL。

虚拟化基础设施提供的接口可以为互操作性提供中立的框架。因此，当能源服务提供商升级或改变他们的系统时，用户设备1114上的控制应用不需要持续地做出反应、开发、测试和部署相应的升级以便维持兼容性。例如，建筑物ID可以通过中立接口的管理部分来建立。建筑物ID可以对应于家、办公室、休闲场所或任何其它位置(诸如站点1104)。类似地，还可以为用户建立用户ID，并且可以在任何用户设备(诸如用户设备1114)上使用用户ID。在基础设施1100中，其它资源可以被限定为车辆、会议室、照明系统、HVAC系统、会议系统等。当各个系统(任何类型)在基础设施1100上具有其自己的唯一ID时，控制设备都可以连接到任何能源消耗设备或能源。在一些实施方式中，可以建立预定义级别的控制器自动化，以允许对酒店策略及其它受限的远程访问进行受限的控制。每个用户配置文件可以与用户证书相关联，并且基础设施1100可以实行安全性和认证，该安全性和认证利用每个用户和/或系统的唯一ID来实现系统中所有端点之间的可移植性。例如，建筑物管理者可以响应于来自用户的请求，通过将用户ID添加到允许用户的白名单或数据库1102中来允许用户访问其站点内的资源。

如上所述，虚拟化层或中间件层可以在不同的混合配置中支持现场和基于云的监控及管理。这可以允许站点操作员或建筑物所有者确保他们的系统始终可用。例如，在外部网络1108中断或虚拟化服务提供商1112不可用的情况下，虚拟化层可以继续支持各个站点1104、1106。类似地，如果需要，可以向基于云的服务(诸如虚拟化服务提供商1112或其它安全公司)提供用于远程监控和管理的接口。在一些实施方式中，不同的站点1104、1106可以通过虚拟化基础设施1100彼此通信，从而允许跨站点的互操作性能力。例如，传统的建筑物管理系统(BMS)可以移至云中，并且可以与网络上的边缘设备而不仅仅是传统的现场控制设备进行交互。

在一些实施方式中，用户设备1114可以包括图形界面或其它形式的用户输入设备。然而，一些用户设备还可以包括第三方系统(诸如Amazon 或Google)，该第三方系统可以整合为基础设施1100的插件。家庭系统(诸如站点1106处)可以通过外部网络1108利用这类家庭助手与相关联的提供商直接进行通信。该界面可以支持在特定站点1106处用户可用的促进语音控制的触发词和资源的列表。尽管现有的数字助理(例如，)能够进行语音识别，但是它们通常无法在不同的用户及其不同的关联账户之间进行辨认。现有的数字助理还缺乏强健且安全地管理多个用户并认证这些用户的能力。因此，现有的数字助理不能满足虚拟化基础设施1100提供的标准化界面的商业或大规模要求。相反，虚拟化基础设施1100允许用户使用这些数字助理，因为命令是通过虚拟化基础设施1100的安全框架而不是通过各个个体设备的专有系统来处理和中继的。

作为虚拟化基础设施可以如何在不同设置中使用的示例，用户可以发现自己处于公共或半公共区域(诸如酒店、健身房、酒吧或其它位置)。用户可以使用他们的手机访问建立在标准化虚拟化界面上的图形用户界面，以控制该区域中的各种设备。具体地，用户可以访问他们智能手机上的界面来更改餐馆中的电视频道、调节客厅的温度等。虚拟化基础设施可以包括通用智能网关，这些通用智能网关可以允许用户通过简单地输入或选择站点或房间标识符来控制设备。一些实施方式还可以要求用户提供认证或许可要素以访问特定设备。因此，公共场所(诸如健身房或酒店)可以节省金钱并提供更大的用户控制权，而无需提供单独的电视遥控器、温度控制器、灯光控制器等。而是，用户可以简单地使用他们的电话结合各个相应设备的公共标识来控制所有的这些系统。

在另一示例中，员工在工作或远程办公时经常会访问不同的位置或办公室。当员工访问不同的办公室时，员工可以仅输入站点标识符以及要预先批准且具有会议室或该位置可用的其它资源的列表的公司凭证。只要用户选择在新位置工作，就可以验证用户凭证以允许访问和控制系统。例如，在会议室中，用户设备1114的位置感知功能将自动呈现该员工已被允许访问的该范围内的系统。具体地，当在会议室中时，用户可以调节会议室中的灯光、控制投影仪或演示屏幕、在微软幻灯片(Microsoft)演示文稿中前进幻灯片、控制本地声音系统、在视频会议或电话会议中与其它用户联系等。所有这些系统的控制可以自动在员工的智能手机上提供，因为员工的智能手机定位系统知道员工所处于的位置，并自动生成用于与这些系统进行交互的用户界面。

云数据库1110可以收集来自站点1104、1106，用户设备1114，或者其它网络端点中的任何一者的度量。可以针对不同的操作区域、电网子站等聚集这些度量。可以集体地管理这些负载，以避免在电网暂时超负荷的情况下需要需求响应事件。例如，基于存储在云数据库1110或另一数据存储器中的客户端参数，使用轮循或其它负载共享算法对特定区域中的能源负载进行集中分析，可以避免需要许多大型HVAC冷水机同时操作。

在一些实施方式中，用户设备1114可以通过GPS或其它无线定位技术而采用基于位置的服务。用户设备1114的位置可以用于识别在预定义范围内对用户可用的且授权用户控制的资源。例如，当用户进入站点1104时，用户设备1114可以自动确定站点1104处的可以由用户设备1114控制并且用户被授权使用/控制的系统。例如，可以利用智能手机上的其它传感器和能力来控制用户领域外的系统。例如，智能手机上的温度传感器可以与站点1104中的HVAC系统进行通信，以调节气流、温度、风扇速度和/或其它因素，以最好地与用户偏好保持一致。

除了在基础设施1100上的针对用户、站点、车辆等的资源定义外，虚拟化基础设施1100还可以支持用于其它数据交易的通道(诸如支付处理、语音通信或视频通信、服务等级(Class of Service，CoS)以及服务质量(Quality of Service，QoS)等)。换言之，虚拟化基础设施可以提供整体整合方式以将建筑物、家和办公室系统与移动用户系统和其它公共系统(诸如支付系统、公共交通等)连接。

图12示出了根据一些实施方式的虚拟化层可以如何与现有建筑物管理系统整合。虚拟化层1206可以包括作用类似于传统管理程序的软件以管理可以由虚拟化层1206控制的各种连接的系统、平台和基础设施。在传统虚拟机中，管理程序包括在主机系统上运行各种虚拟机的软件。在传统的服务器空间中，管理程序为客户操作系统提供虚拟操作平台，并管理这些客户系统的运行。因此，各种不同操作系统的多个实例可以共享虚拟化硬件资源，否则这些虚拟化硬件资源将需要在一对一环境中专用于相应的软件。

在一些实施方式中，虚拟化层可以以与管理程序的这种传统操作类似但不完全相同的方式操作。虚拟化层1206内的软件在本文中可被称为“管理程序”1208，然而，将理解的是，该管理程序1208不管理对传统计算资源的访问，而是通过虚拟化层管理表示如上所述的实际能源消耗设备、能源提供设备、能源控制设备的虚拟设备。

图12中所示的实施方式的一个优点是传统BMS 1204位于具有管理程序1208的虚拟化层1206之上的能力。在上述的实施方式中，其他供应商系统1210、1212由虚拟化层1206管理。该实施方式添加BMS 1204仅作为可以使用管理程序1208连接的另一现有供应商系统。因此，管理程序1208可以将BMS 1204和其他供应商系统1210、1212视为虚拟设备。

该实施方式还可以包括定制控制系统1202，其可以被加载到虚拟化层1206中以支持上述的可调换基础设施。可调换基础设施可以包括能源电池(例如，电池组、燃料电池等)以及可以以即插即用方式自由调换进出能源基础设施的其他能源产生设备。控制系统1202可以包括专门定制以处理可调换基础设施(例如能源设备的可调换基础设施)的命令和接口。

一些实施方式还可以包括作为虚拟化层1206的一部分或连接到虚拟化层1206的可编程或动态策略引擎1214。应当注意，在一些实施方式中，管理程序1208可以实现策略引擎1214的整合。策略引擎1214的整合允许范围广泛的可编程行为，这些可编程行为可以通过管理程序1208控制供应商系统1210、1212和/或BMS 1214。策略数据库1218可以包含许多按需传输给策略引擎1214的策略，以便虚拟化层1206可以实现不同的配置和/或行为。策略引擎1214可以执行策略1216并且以它与BMS 1204和/或供应商系统1210、1212交互的方式改变管理程序1208的行为。

例如，可以使用特定策略1216来形成上述安全基础层。策略1216可以是特定的安全策略，该安全策略可以响应于事件(例如，在BMS 1204中触发的警报)、基于一天中的时间(例如，用于夜间时间的更高安全策略)、基于控制系统1202的输入、和/或可以提供给虚拟化层1206的任何其他类型的输入或刺激而加载到策略引擎1214中。在更一般的意义上，策略引擎1214可以管理管理程序1208如何使位于虚拟化层1206之上的任何系统对这些系统中的传感器检测到的某些事件做出反应。安全策略然后可以使虚拟化层1206向BMS 1204和/或实施各种安全策略的其他供应商系统1210、1212(例如安全系统)发出命令。安全策略可以包括自动门锁、正被激活的安全传感器、正被激活的警报、正被监控的安全摄像机、正被提供到远程位置的摄像机镜头、正被启用的灭火系统等。

因为以前的系统没有将动态策略引擎1214与被配置为通过虚拟化层1206管理传统BMS 1204的管理程序1208整合，所以以前的系统没有将新系统添加到建筑物基础设施和/或实时对命令和刺激做出反应的灵活性或动态能力。例如，用户可以使用手持设备登录到虚拟化层1206并访问由供应商系统1210提供的建筑物时间表。供应商系统1210可以允许用户安排会议室并上传用于在该会议室中呈现的数据。通过监控和拦截该命令，管理程序1208然后可以向BMS 1204发出命令以准备A/V资源、预热或预冷会议室、调节照明和其他环境系统以准备会议等。管理程序1208还可以向另一供应商系统1212发送命令以从外部源(例如，外卖餐厅)为会议订购食物、连接到远程参与者的外部视频会议、将会议的细节发布到电子邮件系统等。这些行为中的每一者都可以由策略引擎1214动态编程。例如，策略1216可以包括用于管理程序1208的特定指令，该特定指令响应于用于安排会议室的特定命令。在此解决方案之前，用户在会议准备中需要在日程安排软件中安排会议室、通过互联网订购食物、要求IT准备A/V资源、并要求建筑物管理人员准备环境(例如，供暖/冷却)系统。

在另一示例中，系统制造商可以与BMS一起运行系统特定的、连续调试的和监控的例程，以促进基于来自传感器的各种数据输入进行预防性维护。例如，来自建筑物内单件电气设备的电子签名可指示特定系统(例如HVAC系统)未正常运行。管理程序1208可以使用策略1216使系统关闭或重新启动、从远程服务器下载附加软件更新、联系制造商以安排维护访问等。

管理程序1208接收的数据还可用于故障排除或跟踪电力消耗，其将对租户公共设施的费用通知给计费系统。例如，计费策略可以由策略引擎1214实施，该引擎监控各种供应商系统1210、1212的能源使用，并通过管理程序1208向控制系统1202提供能源使用的细分。虚拟化层1206可以远程与公共设施计费系统连接以基于实时测量的实际消耗在供应商系统1210、1212之间正确划分计费费用。

图13示出根据一些实施方式的虚拟电网连接。虚拟电网连接是指在智能电网基础设施上将能源使用与能源产生相匹配、关联或协调的连接。具体地，用户可以协调一个位置的能源产生并由一组硬件管理，而由另一组硬件管理另一位置的能源使用。这允许用户在智能电网上有效地匹配能源产生设备与能源消耗设备。在某些情况下，能源产生设备可以将能源“储存(bank)”到智能电网，相应的能源消耗设备可以在需要时使用这种“被储存的”能源。

在图13的示例中，建筑物中的虚拟化层可以包括许多不同的系统，例如车辆充电站、电池充电站、能源模块插入件、太阳能电力连接等。此外，用户的家庭环境可以包括智能电网机箱308和/或一个或多个能源模块310，它们可以用作智能能源家庭基础设施的一部分以提供电力、为能源模块310充电以及与智能电网连接。

在一个场景中，用户可以在晚上驾驶电动车辆302回家，并为电动车辆302使用的电池模块310充电。然后，当第二天开车上班时，用户可以将电池310插入由虚拟化层1206控制的办公建筑物处的充电站。如果具有能源模块310，则可以通过虚拟化层1206向建筑物提供能源。在当晚晚些时候用户乘坐电动车辆302回家时，他们可以将耗尽的电池310插入其智能电网机箱308以充分充电。由于办公建筑物处的虚拟化层1206和用户家中的智能电网机箱308之间的智能电网连接，因此可以协调能源模块310的充电和使用。例如，智能电网可以向智能电网机箱308提供等于虚拟化层1206在白天使用的来自能源模块310的能源的量的能源。这允许用户和/或企业在低成本间隔期间储存能源，以便其可以在高能源成本间隔期间从本地电池使用。

在另一场景中，用户可以在白天期间在他们的办公室被拨给一定量的能源使用。如果他们使用特别节能的计算设备、在关灯的情况下工作、和/或以其他方式保存能源，则这些能源量可以归属于用户的个人虚拟账户，该账户可以被办公室虚拟化层1206和家庭智能电网机箱308或家庭虚拟化层共同访问。因此，通过在一个位置节省能源，用户可以在其他位置应用这些节省的能源。例如，用户可以在家里给能源模块310充电等同于与在办公室同样的能源需求。

在另一场景中，用户可以通过他们办公建筑物的虚拟化层306远程监控和控制智能电网机箱308。虚拟电网连接可以临时连接智能电网机箱308，仅作为将被管理程序1208监控的另一虚拟设备。对于用户的控制设备，所有这些系统可以看起来互连为单个能源基础设施。例如，他们可以通过他们的工作站、通过他们在办公室充电站的汽车以及通过任何在他们不在的情况下操作的家用电器，来监控在他们办公室中的能源使用。监控和控制HVAC系统可以显示办公室HVAC系统和家庭HVAC系统的统一视图，使得家庭HVAC系统在具有专用HVAC系统的单个受监控环境中看起来为一个未使用的区域。

上述策略引擎1214可以与图13中的虚拟电网连接结合使用。具体地，每个用户可以具有他们自己的策略数据库1312，无论用户位置如何都可以使用该策略数据库。管理各种位置之间的能源使用的上述每个场景都可以由个体用户确定和提交的个体策略管理。例如，一个用户可能不希望在工作中参与能源节省程序。则该用户可以设计策略(例如，通过Web界面上的一系列表格)来选择退出各种程序并限制各种位置之间的能源使用。另一方面，第二用户可以设计策略，该策略积极地储存能源使用并协调跨位置(例如上述家庭环境和办公环境)的能源节省。

该虚拟电网连接还允许用户在家里非常可移植地进行能源节省。例如，许多用户在他们家的屋顶上安装了太阳能面板。虽然这些能源面板通常为本地电池充电和/或从家中将能源提供回智能电网，但该“被储存的”能源通常在用户的家外面是不可用的。然而，使用图13中实现的虚拟电网连接，用户可以从任何位置的能源存储和能源产生设备中受益。例如，用户可以驾驶电动车辆1302到他们的办公建筑物，然后在办公建筑物处为电动车辆302的电池模块310充电。通过虚拟电网连接，办公室充电站可以使用用户的家中通过他们的太阳能面板产生的能源。因此，用户可以在任何位置使用这些节省的能源。

此外，智能电网可以制定实时负载平衡和需求响应程序，当用户使他们的能源账户可移植时，这些实时负载平衡和需求响应程序对用户的位置做出反应。例如，参与需求响应程序的用户通常允许他们家中的HVAC系统或其他能源消耗设备在高成本电力间隔期间进入节能模式。然而，虚拟电网连接允许用户还可以在负载平衡和需求响应程序中动态登记其他设备，而不管它们的位置如何。例如，如果用户在他们的办公建筑物而不是在他们的家中，则他们可以允许需求响应程序将他们的办公环境和能源消耗系统置于节能模式。在办公环境中识别的节省可以归属于用户的家庭账户，或可以用于抵消用户在家庭环境中增加的能源使用。可以通过用户的虚拟电网账户/配置文件自动完成该登记。

图13中所示的虚拟电网连接实现了个体用户和个人使用配置文件两者的可移植策略。可以使用机器学习技术来分析实际的用户行为，而不是使用设备使用作为评估用户行为的替代。在这些实施方式之前，通过监控例如HVAC系统、家用电器等的某些设备来分析用户行为。公共设施公司可以收到的最详细的信息只是家庭中的设备使用或总体能源使用。然而，因为用户现在可以通过这些实施方式来监控、管理和控制个人使用而不管他们的位置如何，所以该信息可以用于为用户生成总体使用配置文件。因此，在同一家庭居住、在同一办公建筑物工作和/或共享特定设备的个体可以监控和/或管理他们的个体使用，而不管他们可能使用的设备如何或他们可能位于的位置如何。

在一些实施方式中，虚拟电网连接可以用于将节省的能源转换为其他货币表示以支付由虚拟化层1206连接的商品和服务。例如，节省的能源或在家庭环境(例如，太阳能面板)产生的能源可以生成能源信用，其可以用于支付另一环境(例如办公环境)中的能源使用。此外，这些能源信用可以应用于其他供应商和/或设备以与虚拟化层交互。例如，自动售货机可以是连接到虚拟化层1206的BMS或其他系统的一部分。用户可以从他们的家庭环境申请能源节省信用来支付来自自动售货机的物品，而不是用现金支付来自自动售货机的物品。可以在能源信用的共享货币经济中购买或支付的其他商品和/或服务可以包括食品服务、HVAC使用、在线视频服务和/或任何其他可以通过虚拟化层1206计费或访问的商品或服务。

如上所述，虚拟电网平台中的各种计算机系统(包括运行能源虚拟化层的计算系统)可以包括专用服务器平台。图14示出了根据一些实施方式的简化的计算机系统1400。图14中所示出的计算机系统1400可以包括在诸如便携式电子设备、移动电话或本文所述的其它设备之类的设备中。图14提供了计算机系统1400的一个实施方式的示意图，该计算机系统1400可以执行由各种实施方式提供的方法的一些或全部步骤。应当注意，图14旨在仅提供各种部件的概括示图，可以适当地利用这些部件中的任何部件或全部部件。因此，图14宽泛地示出了各个系统元件可以如何以相对分离或相对更整合的方式来实现。

计算机系统1400示出为包括可以经由总线1405电联接或者可以适当地以其他方式通信的硬件元件。所述硬件元件可以包括一个或多个处理器1410，该一个或多个处理器1410包括但不限于：一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器(诸如数字信号信号处理芯片、图形加速处理器等)；一个或多个输入设备1415，该一个或多个输入设备1415可以包括但不限于鼠标、键盘、摄像机等；以及一个或多个输出设备1420，该一个或多个输出设备1420可以包括但不限于显示设备、打印机等。

计算机系统1400还可以包括一个或多个非暂时性存储设备1425和/或与一个或多个非暂时性存储设备1425通信，该一个或多个非暂时性存储设备1425可以包括但不限于本地和/或网络可以访问的存储器，和/或可以包括但不限于磁盘驱动器、驱动器阵列、光学存储设备、固态存储设备(诸如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)和/或只读存储器(Read-Only Memory，ROM))，这些非暂时性存储设备可以是可编程的、闪存-可更新的等。这种存储设备可以被配置为实现任何适当的数据存储，包括但不限于各种文件系统、数据库结构等。

计算机系统1400还可以包括通信子系统1430，该通信子系统1430可以包括但不限于调制解调器、网卡(无线或有线)、红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(诸如蓝牙(Bluetooth^TM)设备、802.11设备、WiFi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等)等。通信子系统1430可以包括一个或多个输入和/或输出通信接口，以允许与网络(诸如下面描述的作为一个示例的网络)、其它计算机系统、电视和/或本文描述的任何其它设备交换数据。取决于期望的功能和/或其它实现关注点，便携式电子设备或类似设备可以经由通信子系统1430传送图像和/或其它信息。在其它实施方式中，便携式电子设备(例如，第一电子设备)可以被包括在计算机系统1400中，所述便携式电子设备例如作为输入设备1415的电子设备。在一些实施方式中，计算机系统1400将还包括工作存储器1435，如上所述，该工作存储器1435可以包括RAM或ROM设备。

计算机系统1400还可以包括被示出为当前位于工作存储器1435内的软件组件，这些软件组件包括操作系统1440、设备驱动器、可执行库和/或其它代码(诸如一个或多个应用程序1445)，该一个或多个应用程序1445可以包括由各种实施方式提供的计算机程序，和/或可以被设计为实现由本文所述的其它实施方式提供的方法和/或配置系统。仅作为示例，关于上面所讨论的方法所描述的一个或多个程序(诸如关于图14所描述那些程序)可以实现为可由计算机或计算机内的处理器执行的代码和/或指令；于是，一方面，这类代码和/或指令可以用于配置和/或适配通用计算机或其它设备以执行根据所描述的方法的一个或多个操作。

这些指令和/或代码的集合可以存储在非暂时性计算机可读存储介质上(诸如上述(一个或多个)存储设备1425)。在一些情况下，存储介质可以被包括在计算机系统(诸如计算机系统1400)内。在其它实施方式中，存储介质(例如，可移除介质(诸如光盘))可以与计算机系统分离，和/或提供在安装包中，使得存储介质可以用于编程、配置和/或适配其上存储有指令/代码的通用计算机。这些指令可以采取可执行代码(所述可执行代码可以由计算机系统1400执行)的形式和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，所述源代码和/或可安装代码在计算机系统1400上(例如，使用各种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中任一者)编译和/或安装时，则采取可执行代码的形式。

对于本领域技术人员将显而易见的是，可以根据具体要求进行大量改变。例如，还可以使用定制的硬件，和/或可以以硬件、包括便携式软件(诸如小程序)的软件、或者以硬件和软件两者实现特定的组件。此外，可以采用与其它计算设备(诸如网络输入/输出设备)的连接。遵循IT行业针对安全性和灾难恢复的最佳实践，可以对计算机系统本身进行虚拟化。这确保了任何系统故障都可以快速且容易地恢复。可以运行容器或无头纳米服务器以利用通过托管的或集中式的服务促进的主用户界面和相关控制，通过移除多余的功能来最小化暴露或最小化在现场运行的系统。此外，这些系统可以并行运行以避免单点故障。

如上所述，在一方面中，一些实施方式可以采用计算机系统(诸如计算机系统1400)来执行根据本技术的各种实施方式的方法。根据一组实施方式，由计算机系统1400响应于处理器1410执行一个或多个指令的一个或多个序列来执行这类方法的一些或全部程序，所述一个或多个指令可以被包括在操作系统1440和/或其它代码(诸如包含在工作存储器1435中的应用程序1445)中。这类指令可以从另一计算机可读介质(诸如(一个或多个)存储设备1425中的一者或多者)读入工作存储器1435中。仅作为示例，包含在工作存储器1435中的指令序列的执行可以使(一个或多个)处理器1410执行本文描述的方法的一个或多个程序。附加地或可替选地，本文描述的方法的一些部分可以通过专用硬件来执行。

在前文的描述中，出于解释的目的阐述了许多具体的细节以便提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些细节的情况下，实践本发明的实施方式。在其它实例中，以框图形式示出了公知的结构和设备。

前文的描述仅提供了示例性实施方式，且并不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。而是，对示例性实施方式的前文描述将向本领域技术人员提供用于实现示例性实施方式的使能描述。应当理解，在不脱离所附权利要求书所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

在前文的描述中给出了具体细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方式。例如，电路、系统、网络、进程和其它部件可能已经以框图形式示出为部件，以不在不必要的细节中模糊实施方式。在其它实例中，为了避免模糊实施方式，公知的电路、进程、算法、结构和技术可能已经以没有不必要的细节而示出。

另外，应当注意，各个实施方式可能已经被描述为过程，该过程被示出为流程图、作业图、数据流程图、结构图或框图。尽管流程图可能已经将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。此外，操作的顺序可以重新排列。过程在其操作完成时会终止，但是可以具有附图中未包括的附加步骤。过程可以对应于方法、函数、程序、子例程、子程序等。当过程对应于函数时，其终止可以对应于该函数返回到调用函数或主函数。

术语“计算机可读介质”包括但不限于便携式或固定存储设备、光学存储设备、无线信道以及能够存储、包含或携带(一个或多个)指令和/或数据的各种其它介质。代码段或机器可执行指令可以表示：过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包括、类、或者指令、数据结构和程序语句的任意组合。通过传递和/或接收信息、数据、参数(arguments或parameters)、或存储内容，代码段可以耦合到另一代码段或硬件电路。信息、参数(arguments或parameters)、数据等可以通过包括存储共享、消息传递、令牌传递、网络传输等的任一合适的方式传递、转发或传输。

此外，实施方式可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，可以将执行必要任务的程序代码或代码段存储在机器可读介质中。(一个或多个)处理器可以执行必要任务。

在前述说明书中，参照本发明的特定实施方式描述了本发明的各个方面，但是本领域技术人员将认识到本发明不限于此。以上描述的本发明的各个特征和方面可以单独或联合使用。此外，在不脱离本说明书的更广泛的精神和范围的情况下，实施方式可以在本文所述之外的任何数量的环境和应用中使用。因此，说明书和附图被认为是说明性而非限制性的。

此外，出于说明的目的，以特定顺序描述了方法。应当理解，在替选实施方式中，可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行方法。还应当理解，上述方法可以由硬件组件执行，或者可以以机器可执行指令的序列来实施，该机器可执行指令可以用于使机器(诸如通用或专用处理器、或利用指令编程的逻辑电路)执行所述方法。这些机器可执行指令可以存储在一个或多个机器可读介质(诸如CD-ROM或其它类型的光盘、软盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存或其它类型的适用于存储电子指令的机器可读介质)。可替选地，可以通过硬件和软件的组合来执行所述方法。