KR20120133922A - Smart plug and power quality monitoring system thereof - Google Patents

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박정욱
성병철
박우재
배선호
전승욱
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Abstract

PURPOSE: Smart plug capable of obtaining voltage and current data with a high sampling frequency from an electric device and a power quality monitoring system using the same. CONSTITUTION: A smart plug(100) includes a plug(110), a converter(120), a transformer(130), and a communication module(140). The plug is connected with an electric device. The converter obtains voltage and current data from the electric device to convert the same into digital data. The transformer transforms the voltage and current data inputted to the converter. The communication module transmits the digital data to the outside. [Reference numerals] (10) Plug; (120) Converter; (140) Communication module; (5) Electric device

Description

스마트 플러그 및 이를 이용한 전력 품질 감시 시스템{Smart plug and power quality monitoring system thereof}Smart plug and power quality monitoring system

본 발명은 스마트 플러그 및 이를 이용한 전력 품질 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간으로 개별 부하의 전력 관련 데이터를 획득하여 전송하는 스마트 플러그 및 스마트 플러그로에 의해 획득되는 수 많은 전력 관련 데이터를 실시간으로 빠르게 무선 전송하여 저장하는 스마트 플러그를 이용한 전력 품질 감시 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a smart plug and a power quality monitoring system using the same. More particularly, the present invention relates to a smart plug and a smart plug which acquire and transmit power related data of an individual load in real time. The present invention relates to a power quality monitoring system using a smart plug for wirelessly transmitting and storing wirelessly.

석유 및 천연 가스의 급격한 가격 상승에 대응하기 위해, 전력 산업은 전력 산업의 구조, 운용, 계획, 규제에 대한 상당하고 빠른 변화가 있을 것으로 예측되고 있다.In response to rapid price increases in oil and natural gas, the power industry is expected to see significant and rapid changes in the structure, operation, planning and regulation of the power industry.

최근에, 전력망과 통신망의 결합을 통해 전력 공급자 또는 계통 운영자와 소비자가 양방향 실시간으로 전력 사용 정보의 교환을 통해 에너지 효율을 최적화하고자 스마트 그리드(Smart Grid)가 도입되고 있다.Recently, a smart grid has been introduced to optimize energy efficiency by exchanging power usage information in real time in a bidirectional real time through a combination of a power network and a communication network.

스마트 그리드에서는 신재생 에너지를 중심으로 하는 분산전원의 도입에 따라 독립적인 운영이 이루어지며, 소비자의 요구에 실시간으로 반응할 수 있도록 지능화 및 기타 여러 기술에 기반을 둔 서비스의 제공을 통해 기존 전력 계통이 갖고 있는 비효율성을 극복하게 된다.In the smart grid, independent operation is carried out by the introduction of distributed power sources centered on renewable energy, and the existing power system is provided by providing services based on intelligence and many other technologies to respond in real time to the needs of consumers. It overcomes this inefficiency.

이러한 스마트 그리드의 운용을 위해 AMI(Advanced Metering Infrastructure)가 핵심 시스템으로 요구되며, 이는 전력 사용에 관련된 다양한 정보를 모으고 해석하는 시스템이며, 실시간 전기 요금제를 기반으로 공급자와 수요자 간의 상호 인지 기반 수요반응(DR, Demand Response) 실현을 위해 필수적인 수단이다.AMI (Advanced Metering Infrastructure) is required as a core system for the operation of this smart grid, and it is a system that collects and interprets various information related to power usage, and based on real-time electricity tariff, mutual recognition based demand response between suppliers and consumers ( It is an essential means for realizing DR, Demand Response.

AMI는 일반적으로 지능형 전력량계인 스마트 미터(Smart Meter), 소비자 수요반응 기기를 비롯한 하드웨어 및 소프트웨어, 전력 정보 관리 시스템, 통신 기술 및 네트워크의 4가지가 기본 기술로 구성되며, 이 중 스마트 미터는 AMI에 가장 핵심이 되는 기기이며, 전력량을 다양한 시간 간격으로 계량하고 통신을 통해 계량된 정보를 다른 기기로 전달하는 전자식 계기를 의미한다.An AMI typically consists of four basic technologies: intelligent meters, smart meters, hardware and software, including consumer demand response devices, power information management systems, communications technologies, and networks. It is the most important device, and it is an electronic instrument that measures the amount of electricity at various time intervals and transfers the measured information to other devices through communication.

이렇게 스마트 그리드로의 전력 계통 진화와 전력 거래 환경의 변화로 인해 현재 국내외에서 다양한 스마트 미터가 개발되어 활용되고 있으며, 이를 기반으로 효과적으로 전력 사용과 효율성을 향상시키기 위한 에너지 관리 및 솔루션 개발과도 연계되고 있다.Due to the evolution of the power system to the smart grid and changes in the electricity trading environment, various smart meters are currently being developed and used at home and abroad, and based on this, they are also linked to the development of energy management and solutions to effectively improve power usage and efficiency. have.

그러나, 현재 국내외에서 개발된 스마트 미터들은 전력 품질과 같이 소비자에게 제공될 필요가 있는 항목에 대하여 이러한 정보를 제공하는 기능을 포함하지 않거나, 정보를 제공하더라도 매우 부족한 양의 정보만 제공하는 문제가 있다. 그리고, 스마트 미터를 통해 획득하는 전압 및 전류 데이터의 샘플링 주파수가 낮아 데이터의 양과 정확도가 떨어지게 된다. 그러므로, 이를 분석하여 정보를 제공하는 분석 프로그램을 이용할 경우 소비자에게 제공되는 정보 역시 정확도에 문제가 있을 수 있으며, 왜곡될 가능성이 상존한다.However, smart meters developed at home and abroad do not include a function of providing such information about items that need to be provided to consumers, such as power quality, or provide a very insufficient amount of information even if the information is provided. . In addition, the sampling frequency of the voltage and current data acquired through the smart meter is low, thereby reducing the amount and accuracy of the data. Therefore, when using an analysis program that analyzes the information and provides the information, the information provided to the consumer may also have a problem in accuracy, and there is a possibility of distortion.

따라서, 더욱 정확한 전압 및 전류 데이터를 획득하여 이러한 문제를 해결하고 획득된 데이터를 분석하여 분석 프로그램을 통해 정확도 높은 정보를 소비자에게 제공함은 물론 추후에 더욱 다양한 정보를 제공할 수 있도록 하기 위해 현재에 비해 더욱 정확한 전압 및 전류 데이터를 획득할 수 있는 장치가 필요하다. 또한, 무선 통신을 통해 추가적인 통신선의 설치와 가정 내 구조 변경 없이 빠르고 효율적으로 획득한 정보를 전달하여 저장할 수 있는 시스템이 필요하다.Therefore, in order to solve these problems by acquiring more accurate voltage and current data, and to analyze the acquired data to provide more accurate information to consumers through an analysis program, and to provide more various information in the future, What is needed is a device that can obtain more accurate voltage and current data. In addition, there is a need for a system that can transmit and store acquired information quickly and efficiently through wireless communication without installing additional communication lines and changing the structure in the home.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기기기로부터 전압 및 전류 데이터를 획득하여 소비자에게 정확도 높은 전력 품질 정보를 제공하기 위해 정확한 전압 및 전류 데이터를 획득할 수 있는 스마트 플러그를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, to provide a smart plug that can obtain accurate voltage and current data in order to obtain voltage and current data from the electrical device to provide accurate power quality information to the consumer.

또한, 스마트 플러그로부터 획득한 전력 관련 데이터를 무선 통신을 통해 빠르고 효율적으로 전달하여 저장할 수 있는 스마트 플러그를 이용한 전력 품질 감시 시스템을 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a power quality monitoring system using a smart plug that can transmit and store power-related data obtained from a smart plug quickly and efficiently through wireless communication.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 플러그는, 전기기기와 접속하는 플러그(plug); 상기 전기기로부터 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환하는 컨버터(converter); 상기 컨버터에 입력되는 전압 및 전류 데이터를 변성하는 트랜스포머(transformer); 및 상기 디지털 데이터를 외부로 전송하는 통신모듈을 포함한다.Smart plug according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the plug (plug) for connecting with the electrical device; A converter which obtains voltage and current data from the electric machine and converts the data into digital data; A transformer for modifying voltage and current data input to the converter; And a communication module for transmitting the digital data to the outside.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 플러그를 이용한 전력 품질 감시 시스템은, 전기기기와 연결되어 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 외부로 전송하는 복수의 스마트 플러그; 상기 복수의 스마트 플러그로부터 전송된 디지털 데이터를 통합하여 데이터 패킷을 생성하고, 상기 데이터 패킷을 재전송하는 중계기; 및 상기 중계기로부터 전송되는 데이터 패킷을 저장하는 서버를 포함한다.Power quality monitoring system using a smart plug according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is connected to an electrical device to obtain the voltage and current data to convert to digital data, and transmits the digital data to the outside A plurality of smart plugs; A repeater for generating a data packet by integrating digital data transmitted from the plurality of smart plugs and retransmitting the data packet; And a server storing a data packet transmitted from the repeater.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명에 따르면, 전기기기로부터 높은 샘플링 주파수로 전압 및 전류 데이터를 획득하여 소비자에게 정확한 전력 품질 정보를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain voltage and current data at a high sampling frequency from an electric device to provide accurate power quality information to the consumer.

또한, 스마트 플러그로부터 획득한 전력 품질 정보를 무선 통신을 통해 빠르고 효율적으로 전달하여 저장할 수 있다.In addition, the power quality information obtained from the smart plug can be transmitted and stored quickly and efficiently through wireless communication.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 플러그의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 플러그의 회로도이다.
도 3은 스마트 플러그의 컨버터에 입력되는 차동 입력 모드의 범위를 나타내는 도면이다.
도 4는 Atmega8과 Atmega128을 이용한 스마트 플러그의 전압 데이터의 변환을 도시한 도면이다.
도 5는 오실로스코프 및 스마트 플러그를 통해 측정한 전류 데이터를 각각 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 품질 감시 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 품질 감시 시스템의 구성도이다.
도 8은 도 6의 전력 품질 감시 시스템의 구체적인 실시예를 도시한 구성도이다.
1 is a block diagram of a smart plug according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a smart plug according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a range of differential input modes input to a converter of a smart plug.
4 is a diagram illustrating conversion of voltage data of a smart plug using Atmega8 and Atmega128.
5 is a diagram illustrating current data measured through an oscilloscope and a smart plug, respectively.
6 is a block diagram of a power quality monitoring system according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a power quality monitoring system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a specific embodiment of the power quality monitoring system of FIG. 6.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 플러그의 구성도이다.1 is a block diagram of a smart plug according to an embodiment of the present invention.

스마트 플러그(100)는, 플러그(plug, 110), 컨버터(converter, 120), 트랜스포머(transformer, 130) 및 통신모듈(140)을 포함한다.The smart plug 100 includes a plug 110, a converter 120, a transformer 130, and a communication module 140.

플러그(110)는 전기기기(5)와 연결되며, 일반적인 플러그의 형태를 가져 전기기기(5)에 직접 접속된다. 플러그(110)가 스마트 플러그(100)의 외부 하우징(미도시)을 형성하여 내부에 컨버터(120), 트랜스포머(130) 및 통신모듈(140)이 구성될 수 있다.The plug 110 is connected to the electric device 5 and has a general plug form and is directly connected to the electric device 5. The plug 110 forms an outer housing (not shown) of the smart plug 100 so that the converter 120, the transformer 130, and the communication module 140 may be configured therein.

컨버터(120)는 전기기기(5)로부터 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환한다. 컨버터(120)를 통해 데이터를 변환하여 더욱 빠르고 정확하게 데이터를 전송하게 된다.The converter 120 obtains voltage and current data from the electric device 5 and converts the data into digital data. The converter 120 converts the data to transmit data more quickly and accurately.

여기에서, 컨버터(120)는 프로그램을 내장하기 위한 메모리가 구비된 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controlloer Unit)을 이용한다. 즉, 스마트 플러그(100)에 마이크로 컨트롤러 유닛, 일명 MCU가 채용돼 스마트 플러그(100)의 두뇌 역할을 하며, 스마트 플러그(100)를 제어하는 역할을 한다. 마이크로 컨트롤러 유닛은 롬(ROM)과 램(RAM) 회로까지 내장할 수 있으며, 칩 형태로 제작된다.Here, the converter 120 uses a micro controller unit (MCU) equipped with a memory for embedding a program. That is, the microcontroller unit, aka MCU is employed in the smart plug 100 to act as the brain of the smart plug 100, and serves to control the smart plug 100. Microcontroller units can incorporate ROM and RAM circuits and are manufactured in chip form.

특히, 마이크로 컨트롤러 유닛에 구비되는 메모리는 플래시 메모리를 채택하여 스마트 플러그(100)에 필요한 여러 프로그램을 저장할 수 있다. 일례로, 컨버터(120)에 구비된 메모리는 전기기기(5)로부터 획득하는 전압 및 전류 데이터를 분석하여 전력 품질에 대한 정보를 생성하는 전력분석 프로그램을 저장할 수 있다. 이를 통해, 전압 및 전류, 전력의 흐름을 통해 기본적인 에너지 사용 패턴과 전력 품질 및 고조파 분석 등을 할 수 있다.In particular, the memory provided in the microcontroller unit adopts a flash memory to store various programs required for the smart plug 100. For example, the memory provided in the converter 120 may store a power analysis program for generating information on power quality by analyzing voltage and current data obtained from the electric device 5. This enables basic energy usage patterns, power quality and harmonic analysis through the flow of voltage, current and power.

일반적으로 사용되는 마이크로 컨트롤러 유닛은 한 번에 연산하는 비트량에 따라 8 비트 코어, 16 비트 코어, 32 비트 코어 등으로 분류된다. 8 비트 코어는 AVR시리즈와 8051시리즈가 대표적이다. 그리고, 16 비트 코어는 S12시리즈와 x86시리즈가 대표적이며, 32 비트 코어는 ARM7시리즈와 ARM Cortex-M3시리즈가 대표적이다.Generally used microcontroller units are classified into 8-bit cores, 16-bit cores, 32-bit cores, and the like according to the amount of bits to be operated at a time. The 8-bit cores are AVR series and 8051 series. The 16-bit cores are the S12 series and the x86 series, and the 32-bit cores are the ARM7 series and the ARM Cortex-M3 series.

본 발명의 스마트 플러그(100)는 Atmel사에서 개발된 AVR시리즈를 이용하여 마이크로 컨트롤러 유닛을 채택한 컨버터(120)를 구성한다. Atmel AVR은 AVR UC3, AVR XMEGA, mega AVR, tiny AVR 시리즈 등이 있다. 전술한 바와 같이, AVR은 MCU의 하나이므로, 중앙처리장치와 소용량 플래시 롬이 하나의 IC에 집적된 구성을 가진다.The smart plug 100 of the present invention constitutes a converter 120 employing a microcontroller unit using an AVR series developed by Atmel. Atmel AVR includes AVR UC3, AVR XMEGA, mega AVR and tiny AVR series. As described above, since the AVR is one of the MCUs, the central processing unit and the small-capacity flash ROM are integrated in one IC.

본 발명의 스마트 플러그(100)에 여러 MCU의 적용이 가능하나, 일반적으로 많이 사용되는 AVR 시리즈의 MCU를 채택하여 실제로 구성하였으며, 여러 AVR 중에서 실제 스마트 플러그(100)의 제작과 적용을 위해 가격과 성능을 기반으로 비교하여 가장 효율적인 AVR을 선정하도록 한다. 이를 위해 가장 보편적으로 활용되는 8 비트 MCU인 Atmega 시리즈를 선정하였으며, 이러한 Atmega 시리즈 중에서도 가장 많이 활용되는 칩인 Atmega8과 Atmega128에 대한 성능 비교를 수행하였으며, 이는 후술하여 살펴 보도록 한다. 물론, 상기 Atmega8과 Atmega128 외에 다른 Atmega 시리즈를 포함한 8 비트 코어, 16 비트 코어, 32 비트 코어 등의 다른 MCU를 채택하여 스마트 플러그(100)의 컨버터(120)로 이용할 수 있다.It is possible to apply a number of MCU to the smart plug 100 of the present invention, but actually configured by adopting the MCU of the commonly used AVR series, the price and for the production and application of the actual smart plug 100 among the various AVR Compare based on performance to select the most efficient AVR. To this end, we selected the Atmega series, the most commonly used 8-bit MCU, and compared the performance of Atmega8 and Atmega128, the most widely used chips among these Atmega series, which will be described later. Of course, other MCU such as 8-bit core, 16-bit core, 32-bit core including other Atmega series besides the Atmega8 and Atmega128 may be used as the converter 120 of the smart plug 100.

트랜스포머(130)는 컨버터(120)에 입력되는 전압 및 전류 데이터를 변성한다. 즉, 컨버터(120)에 입력되는 전압 및 전류를 컨버터(120)의 정격 전압 및 전류 범위 내로 변압 및 변류한다.The transformer 130 denatures the voltage and current data input to the converter 120. That is, the voltage and current input to the converter 120 are transformed and converted into the rated voltage and current range of the converter 120.

트랜스포머(130)는 변류기(132) 및 소정 저항(134)을 구비하며, 상기 변류기(132)는 전기기기(5)로부터 들어오는 전류를 변류하고, 상기 변류기(132)에 의해 변류된 전류는 상기 소정 저항(134)에 의해 상기 컨버터의 정격 전압 및/또는 전류 범위 내 입력 전압 및/또는 전류로 변환된다.Transformer 130 has a current transformer 132 and a predetermined resistor 134, the current transformer 132 current flows from the electrical device 5, the current flowd by the current transformer 132 is the predetermined current The resistor 134 converts the input voltage and / or current into the converter's rated voltage and / or current range.

컨버터(120)를 구현하기 위해 MCU를 이용하며, MCU의 정격 범위 내에서 전류가 입력되어야 MCU가 구동된다. 특히, 본 발명의 스마트 플러그(100)에 구성되는 대표적인 MCU인 AVR은 전압 값만을 입력 데이터로 받을 수 있다. 이렇게 전압 값만을 입력으로 받을 수 있는 AVR을 컨버터(120)로 구현하기 위해서는 전압 데이터의 크기를 AVR의 입력 범위 내로 줄일 필요가 있고, 전류 데이터의 경우에는 입력 범위 내의 전압 데이터로 변환해 주어야 한다. 이를 위해 변류기(132, CT, Current Transformer)를 적용하여 전류의 크기를 줄여 주게 된다.The MCU is used to implement the converter 120, and the MCU is driven only when a current is input within the rated range of the MCU. In particular, the AVR, which is a representative MCU configured in the smart plug 100 of the present invention, may receive only a voltage value as input data. In order to implement an AVR capable of receiving only a voltage value as an input, the size of the voltage data needs to be reduced within the input range of the AVR. In the case of the current data, the AVR needs to be converted into voltage data within the input range. To this end, a current transformer (132, CT) is applied to reduce the magnitude of the current.

통신모듈(140)은 컨버터(120)에 의해 변환된 디지털 데이터를 외부로 전송한다. 특히, 통신모듈(140)은 블루투스(Bluetooth) 통신을 통해 상기 디지털 데이터를 전송하는 블루투스 통신모듈일 수 있다.The communication module 140 transmits the digital data converted by the converter 120 to the outside. In particular, the communication module 140 may be a Bluetooth communication module for transmitting the digital data through Bluetooth communication.

그리고, 스마트 플러그(100) 내부에 저장모듈(미도시)을 더 포함하여 스마트 플러그(100)가 자체적으로 컨버터(120)에 의해 변환된 디지털 데이터를 저장하도록 구현할 수도 있다.Further, the smart plug 100 may further include a storage module (not shown) inside the smart plug 100 so as to store the digital data converted by the converter 120 by itself.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 플러그의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a smart plug according to an embodiment of the present invention.

도 2에서, 측정을 원하는 1차측, 즉 전기기기(5)의 전류 Io가 변류기(132)에 의해 I2로 변환되고, 최종적으로 저항(134)에 의해 전압 신호 E2로 바뀌게 된다. 즉, 전기기기(5)로부터 흘러 들어오는 입력 전류가 트랜스포머(130)를 구성하는 변류기(132)에 의해 변류되고, 저항(134)에 의해 컨버터(120)의 정격 전압으로 변성되어 컨버터(120)에 입력된다. 그리고, 컨버터(120)는 전압 E2를 측정함으로써 전류 Io를 구할 수 있다.In Fig. 2, the current Io of the primary side, i.e., the electrical device 5, to be measured, is converted to I2 by the current transformer 132, and finally by the resistor 134, to the voltage signal E2. That is, the input current flowing from the electric device 5 is current-flowed by the current transformer 132 constituting the transformer 130, and is converted into the rated voltage of the converter 120 by the resistor 134 to the converter 120. Is entered. In addition, the converter 120 may obtain the current Io by measuring the voltage E2.

MCU 인 AVR을 컨버터(120)로 스마트 플러그(100)에 구현하는 경우, AVR은 전압 값만을 입력 데이터로 받을 수 있는데, 전압 입력의 범위 및 형태에 따라 크게 단일 변환 모드(single conversion mode)와 차동 입력 모드(differential input mode)의 두 가지 입력 모드를 가지게 된다.When the AVR, which is an MCU, is implemented in the smart plug 100 as the converter 120, the AVR can receive only voltage values as input data, and the single conversion mode and differential are largely dependent on the range and type of the voltage input. There are two input modes: differential input mode.

우선, 단일 변환 모드에서는 0~Vref 사이의 전압 값만을 입력으로 받을 수 있는데, 하기의 수학식 1에 따라 디지털 값으로 변환된다. 이 경우 Vref는 AVR의 전원으로 공급되는 전압을 의미하며 변환되는 전압의 범위가 된다. 또한, Vref는 원하는 기준을 잡을 수 있도록 임의의 값으로 선택하도록 그에 따라 AVR에 전원을 공급하는 것이 가능하다. First, in the single conversion mode, only a voltage value between 0 and Vref can be received as an input, and converted into a digital value according to Equation 1 below. In this case, Vref means the voltage supplied to the power of the AVR and becomes the range of the converted voltage. It is also possible to power the AVR accordingly to select Vref as an arbitrary value to set the desired criteria.

일반적으로, Vref는 5V로 0~5V 사이의 전압 값을 입력할 수 있게 되지만 단일 변환 모드를 활용할 경우 실제 데이터의 음전류 값을 받을 수 없게 된다. 이로 인해, 반파 형태의 데이터만 취득되고 이는 스마트 플러그(100)가 적용된 전기기기(5)의 실제 전압 및 전류 데이터와 다른 형태가 되며, 이로부터 왜곡된 정보가 제공될 수 있으므로 normal mode는 활용할 수 없게 된다.In general, Vref is able to input a voltage value between 0V and 5V at 5V, but when using the single conversion mode, it cannot receive the negative current value of the actual data. Due to this, only half-wave data is obtained, which is different from the actual voltage and current data of the electric device 5 to which the smart plug 100 is applied, and since the distorted information may be provided therefrom, the normal mode may not be utilized. There will be no.

Figure pat00001
Figure pat00001

또 다른 모드인 차동 입력 모드의 경우, 도 3과 같이 전압 입력 범위로 -Vref~Vref를 갖게 된다. 여기에서, 도 3은 차동 입력 모드의 범위를 나타내는 도면이다. 가로축은 차동 입력(Differential Input)으로 입력 단위는 V(Voltage)이다. 그리고, 세로축은 출력 코드(Output Code)로 입력된 전압이 디지털로 변환된 값을 나타낸다. 차동 입력 모드를 활용할 경우 음전압 값을 입력으로 받을 수 있기 때문에 하기의 수학식 2와 같이 실제 아날로그 전압 파형을 디지털 형태의 데이터로 변환할 수 있게 된다.In another mode, the differential input mode, as shown in FIG. 3, the voltage input range has -Vref to Vref. 3 is a diagram showing the range of the differential input mode. The horizontal axis is differential input, and the input unit is V (Voltage). In addition, the vertical axis represents a value obtained by digitally converting a voltage input as an output code. When the differential input mode is used, a negative voltage value can be received as an input, thereby converting an actual analog voltage waveform into digital data as shown in Equation 2 below.

Figure pat00002
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이렇게 전압 값만을 입력으로 받을 수 있는 MCU, 특히 AVR을 컨버터(120)로 활용하기 위해서 전압 데이터의 크기를 AVR의 입력 범위 내로 줄이고, 전류 데이터를 입력 범위 내의 전압 데이터로 변환하여 스마트 플러그(100)의 안정성을 확보한다.In order to utilize the MCU, in particular, the AVR, which can receive only the voltage value, as such, the size of the voltage data is reduced within the input range of the AVR, and the current data is converted into the voltage data within the input range. To ensure stability.

그리하여, 도 2에 도시한 트랜스포머(130)를 이용하여 전기기기(5)의 동작으로 인해 실제로 흐르는 전류(Io)가 변류기(132)를 통해 일정한 비율로 감소하여 흐르고(I2), 이렇게 감소된 전류는 변류기(132) 양단에 연결되는 소정의 저항(134)에 의해 AVR, 즉 컨버터(120)의 입력 범위 내의 전압(E2)으로 변환된다. 그리고, 컨버터(120)는 저항(134)에 의하여 발생한 전압 신호를 입력으로 하여 디지털 데이터로 변환하게 된다.Thus, the current Io actually flowing due to the operation of the electrical device 5 using the transformer 130 shown in FIG. 2 decreases and flows at a constant rate through the current transformer 132 (I2). Is converted into an AVR, i.e., a voltage E2 within the input range of the converter 120 by a resistor 134 connected across the current transformer 132. The converter 120 converts the voltage signal generated by the resistor 134 into digital data as an input.

그리고 나서, 디지털 데이터로 변환된 전압 및 전류 데이터는 통신모듈(140), 특히 블루투스 통신모듈을 통해 외부의 데이터 저장 장치로 전송되어 저장된다. 또한, 전압 값으로 저장된 데이터는 적용된 저항(134)의 크기와 변류비를 통해 실제 값으로 변환하여 저장할 수 있다. 그리고, 스마트 플러그(100) 내 별도의 저장모듈(미도시)을 구비하여 스마트 플러그(100)에 변환된 디지털 데이터를 저장할 수도 있다.Then, the voltage and current data converted into digital data is transmitted to and stored in an external data storage device through the communication module 140, in particular, the Bluetooth communication module. In addition, the data stored as a voltage value may be converted into an actual value through the size and current ratio of the applied resistor 134 and stored. In addition, a separate storage module (not shown) in the smart plug 100 may be provided to store the converted digital data in the smart plug 100.

또한, 별도의 디스플레이모듈(미도시)을 구비하여 획득된 전력 관련 데이터나 디지털로 변환된 데이터를 사용자에게 안내할 수 있다. 예를 들어, 전압 및 전류 데이터, 각 상당 voltage outage 정보, 역률 및 주파수, 전력 방향 등을 통해 전력 품질에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.In addition, a separate display module (not shown) may be provided to guide the user with power-related data or digitally converted data. For example, information on power quality may be provided to the user through voltage and current data, respective voltage outage information, power factor and frequency, and power direction.

스마트 플러그(100)의 컨버터(120)는 MCU이며, 가장 보편적으로 활용되는 8 비트 MCU인 AVR 중 Atmega 시리즈를 선정하였으며, 이러한 Atmega 시리즈 중에서도 가장 많이 활용되는 칩인 Atmega8과 Atmega128에 대한 성능 비교를 수행하였다. The converter 120 of the smart plug 100 is an MCU, and the Atmega series is selected among the most commonly used 8-bit AVRs. The performance comparison of the Atmega8 and Atmega128, the most widely used chips among the Atmega series, is performed. .

도 4는 Atmega8과 Atmega128을 이용한 스마트 플러그의 전압 데이터의 변환을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating conversion of voltage data of a smart plug using Atmega8 and Atmega128.

도 4에서, 같은 전압 신호의 변화에 대하여 성능을 비교하였을 때, Atmega8은 디지털 변환 사이에 노이즈가 발생하여 데이터의 왜곡이 발생함을 알 수 있다. 이에 반해, Atmega128은 전압 신호의 변화가 정상적으로 디지털 신호로 변환되는 것을 알 수 있다. In FIG. 4, when the performance is compared with respect to the change of the same voltage signal, it can be seen that the Atmega8 generates noise between digital conversions and causes distortion of data. In contrast, the Atmega128 shows that changes in the voltage signal are normally converted to digital signals.

Atmega128이 Atmega8에 비해 5배 정도 고가이나, 데이터의 획득 과정에서 Atmega8을 이용할 경우 디지털 신호가 왜곡될 경우 소비자에게 정확한 전력 관련 정보 제공이 어려우므로, Atmega128을 적용한 스마트 플러그(100)를 통해 성능을 검증하였다.Although Atmega128 is about 5 times more expensive than Atmega8, when using Atmega8 during data acquisition, it is difficult to provide accurate power-related information to consumers when digital signals are distorted, so the performance is verified by Smart Plug (100) with Atmega128. It was.

컨버터(120)는 Atmega128을 적용하였으며, 변류기(132)의 변류비는 1000:1을 적용하였고, 변류기(132)에 연결되는 저항(134)은 644Ω의 크기를 갖도록 하였다. 상기 크기를 가지는 저항(134)의 연결에 의해 변류비가 영향을 받게 되며 저항(134) 연결 후 정확한 변류비는 964.28:1임을 확인하였다. 또한, 컨버터(120)인 AVR에 대한 입력 전원으로 5.06V를 주었다. 테스트를 위해 전기기기(5)로 0.2kW 급 전동기를 사용하였으며, 상기 전동기는 220V에서 2.9A의 전류가 흐르고, 무부하 상태에서 동작하도록 하였다. The converter 120 applied Atmega128, the current ratio of the current transformer 132 was applied to 1000: 1, the resistor 134 connected to the current transformer 132 has a size of 644Ω. It is confirmed that the current flow ratio is affected by the connection of the resistor 134 having the size, and the correct current flow ratio after the connection of the resistor 134 is 964.28: 1. In addition, 5.06V was given as an input power supply to the AVR, which is the converter 120. A 0.2 kW class motor was used as the electric machine 5 for the test, and the motor was operated under a no load state with a current of 2.9 A flowing at 220V.

정확한 성능 검증을 위해, 변류기(132)의 2차 측, 즉 저항의 전압과 전류를 오실로스코프를 통해 측정하고, Atmega128과 1000:1의 변류비 등을 가지는 스마트 플러그(100)를 통해 전압 값으로 저장된 전류 데이터 값과 비교하였다.For accurate performance verification, the secondary side of the current transformer 132, i.e., the voltage and current of the resistor is measured through an oscilloscope, and stored as a voltage value through the smart plug 100 having a current ratio of Atmega128 and 1000: 1. Compared with the current data value.

도 5는 오실로스코프 및 스마트 플러그를 통해 측정한 전류 데이터를 각각 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating current data measured through an oscilloscope and a smart plug, respectively.

도 5에서, 상단의 오실로스코프를 통해 측정한 저항측의 전류 변화와 하단의 스마트 플러그(100)를 통해 측정한 저항측의 전류 변화가 매우 유사한 것을 알 수 있다. 실제적으로, 오실로스코프를 통해 측정한 저항측의 전압의 평균치는 약 3.86V로 스마트 플러그(100)를 통해 측정한 저항측의 전압 데이터의 평균치인 약 3.9V와 거의 유사함을 확인할 수 있었다.In FIG. 5, it can be seen that the current change of the resistance side measured through the oscilloscope at the top and the current change of the resistance side measured through the smart plug 100 at the bottom are very similar. In practice, the average value of the voltage on the resistance side measured by the oscilloscope was about 3.86V, which is almost similar to the average value of the voltage data of the resistance side measured by the smart plug 100 is about 3.9V.

또한, 도 5의 하단의 스마트 플러그를 통해 측정한 전류 데이터 그래프에서 획득한 데이터를 작은 원으로 표시한 결과, 한 주기 당 약 33~34개의 데이터가 획득된 것을 알 수 있었다. 220V 교류 전압은 한 주기가 60Hz이므로, Atmega128을 채택한 컨버터(120)의 성능은 약 2000Hz의 샘플링 주파수를 가짐을 확인할 수 있다.In addition, as a result of displaying the data obtained from the current data graph measured through the smart plug at the bottom of FIG. 5 as a small circle, it was found that about 33 to 34 pieces of data were obtained per cycle. Since the 220V AC voltage has one cycle of 60Hz, the performance of the converter 120 employing the Atmega128 has a sampling frequency of about 2000Hz.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 품질 감시 시스템의 구성도이다.6 is a block diagram of a power quality monitoring system according to an embodiment of the present invention.

전력 품질 감시 시스템(10)은, 복수의 스마트 플러그(100), 중계기(200) 및 서버(300)를 포함한다.The power quality monitoring system 10 includes a plurality of smart plugs 100, a repeater 200, and a server 300.

스마트 플러그(100)는 전기기기(5)와 연결되어 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 외부로 전송한다. 스마트 플러그(100)는 하나의 전기기기(5)와 연결되거나, 하나의 스마트 플러그(100)에 복수의 전기기기(5)가 연결될 수도 있다. The smart plug 100 is connected to the electric device 5 to obtain voltage and current data, convert it into digital data, and transmit the digital data to the outside. The smart plug 100 may be connected to one electric device 5 or the plurality of electric devices 5 may be connected to one smart plug 100.

도 6에서, 각 전기기기(5)에 스마트 플러그(100)가 플러그(110)를 통해 직접 연결되고, 복수의 스마트 플러그(100)가 획득한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 중계기(200)로 전송하고, 중계기(200)를 통해 디지털 데이터를 합성하여 서버(300)에 전송하여 저장하게 된다. 이때, 각 전기기기(5)를 구별하기 위해 슬레이브(Slave)인 전기기기(5)에 번호를 붙여 구별한다.In FIG. 6, the smart plug 100 is directly connected to each electric device 5 through the plug 110, and the analog data acquired by the plurality of smart plugs 100 is converted into digital data to the repeater 200. The digital data is synthesized through the repeater 200 and transmitted to the server 300 for storage. At this time, in order to distinguish each electric device 5, the electric device 5, which is a slave, is assigned a number.

전술한 바와 같이, 스마트 플러그(100)는, 전기기기(5)와 접속하는 플러그(110)와, 상기 전기기기(5)로부터 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환하는 컨버터(120)와, 상기 컨버터(120)에 입력되는 전압 및 전류 데이터를 변성하는 트랜스포머(130)와, 상기 디지털 데이터를 외부로 전송하는 통신모듈(140)을 포함한다.As described above, the smart plug 100 includes a plug 110 for connecting to the electric device 5, a converter 120 for obtaining voltage and current data from the electric device 5 and converting the data into digital data. The transformer 130 includes a transformer 130 for modifying voltage and current data input to the converter 120, and a communication module 140 for transmitting the digital data to the outside.

여기에서, 컨버터(120)는, 플러그(110)를 통해 획득한 전압 및 전류 데이터를 분석하는 분석 프로그램을 내장하기 위한 플래시 메모리를 구비한 마이크로 컨트롤러 유닛이다. 또한, 트랜스포머(130)는, 상기 컨버터(120)에 입력되는 전류 데이터를 상기 컨버터(120)의 정격 전압 범위 내의 전압 데이터로 변환하거나, 상기 컨버터(120)에 입력되는 전압 데이터를 상기 컨버터의 정격 전압 범위 내의 전압 데이터로 강하한다. 그리고, 통신모듈(140)은, 블루투스 통신을 이용하여 무선 통신한다.Here, the converter 120 is a microcontroller unit having a flash memory for embedding an analysis program for analyzing voltage and current data obtained through the plug 110. In addition, the transformer 130 converts the current data input to the converter 120 into voltage data within the rated voltage range of the converter 120, or converts the voltage data input to the converter 120 into the rating of the converter. Drop to voltage data within the voltage range. In addition, the communication module 140 communicates wirelessly using Bluetooth communication.

중계기(200)는 복수의 스마트 플러그로(100)부터 전송된 디지털 데이터를 통합하여 데이터 패킷을 생성하고, 상기 데이터 패킷을 서버(300)로 재전송한다. 이때, 중계기(200)는 복수의 통신 포트와 적어도 하나의 플래시 메모리를 구비한 마이크로 컨트롤러 유닛을 이용하여 구현할 수 있다. 전술한 Atmel사의 여러 AVR을 중계기(200)로 이용할 수 있다.The repeater 200 generates a data packet by integrating the digital data transmitted from the plurality of smart plugs 100 and retransmits the data packet to the server 300. In this case, the repeater 200 may be implemented using a microcontroller unit having a plurality of communication ports and at least one flash memory. Atmel's various AVRs described above may be used as the repeater 200.

그리고, 마이크로 컨트롤러 유닛은, 상기 복수의 스마트 플러그(100)로부터 전송된 디지털 데이터를 통합하여 데이터 패킷을 생성하는 패킷생성 프로그램을 플래시 메모리에 저장하여 중계기를 거쳐가는 데이터를 제어할 수 있다.The microcontroller unit may control the data passing through the repeater by storing a packet generation program that integrates digital data transmitted from the plurality of smart plugs 100 to generate a data packet in a flash memory.

또한, 중계기(200)를 구현하는 마이크로 컨트롤러 유닛에 구비된 복수의 통신 포트 중 적어도 하나의 통신 포트는 서버(300)에 상기 데이터 패킷을 송신하는 송신 포트의 역할을 하도록 구현할 수 있고, 복수의 통신 포트 중 적어도 하나의 통신 포트를 제외한 나머지 통신 포트는 스마트 플러그(100)로부터 전송되는 데이터를 수신하는 수신 포트의 역할을 하도록 구현할 수 있다. 즉, 중계기(200)에 구비된 복수의 통신 포트 중 적어도 하나는 서버(300)에 데이터를 전송하는 송신 포트의 역할을 하고, 나머지는 스마트 플러그(100)로부터 데이터를 수신하는 수신 포트의 역할을 수행한다.In addition, at least one communication port of the plurality of communication ports provided in the microcontroller unit implementing the repeater 200 may be implemented to serve as a transmission port for transmitting the data packet to the server 300, a plurality of communication The remaining communication ports except at least one communication port of the ports may be implemented to serve as a receiving port for receiving data transmitted from the smart plug 100. That is, at least one of the plurality of communication ports provided in the repeater 200 serves as a transmission port for transmitting data to the server 300, and the rest serves as a receiving port for receiving data from the smart plug 100. To perform.

그리고, 중계기(200)는 블루투스 통신모듈을 구비하여 스마트 플러그(100)와 서버(300) 간 무선 통신이 가능하도록 구현할 수 있다. 물론, 블루투스 통신 외에 지그비(Zigbee) 등 여러 무선 통신 네트워크를 응용할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.In addition, the repeater 200 may include a Bluetooth communication module so as to enable wireless communication between the smart plug 100 and the server 300. Of course, it will be apparent to those skilled in the art that various wireless communication networks such as Zigbee can be applied in addition to Bluetooth communication.

서버(300)는 중계기(200)로부터 전송되는 데이터 패킷을 저장한다. 서버(300)에 저장되는 데이터 패킷은 마스터(Master)의 역할을 수행하는 PC 등을 통해 분석되고 소비자에게 전력 품질 관련 정보가 제공될 것이다. 서버(300)는 전송되는 데이터 패킷의 저장소 역할을 하며, PC 등의 마스터 내에 서버(300)가 구비될 수 있음은 물론이다.The server 300 stores the data packet transmitted from the repeater 200. The data packet stored in the server 300 is analyzed through a PC or the like acting as a master and the power quality related information is provided to the consumer. The server 300 serves as a storage of data packets to be transmitted, and of course, the server 300 may be provided in a master such as a PC.

서버(300)는 중계기(200)로부터 전송되는 데이터 패킷을 수신하는 통신모듈을 더 포함하며, 통신모듈은 블루투스 통신모듈, 지그비 통신모듈 등 여러 무선 통신모듈이 사용될 수 있을 것이다.The server 300 further includes a communication module for receiving a data packet transmitted from the repeater 200, and the communication module may use various wireless communication modules such as a Bluetooth communication module and a Zigbee communication module.

서버(300)에 저장된 정보는 PC 등을 통해 분석되어 기본적인 에너지 사용 패턴, 전력 품질 등에 대한 정보가 디스플레이 장치(미도시) 등을 통해 전력 공급자나 사용자에게 제공될 수 있다.The information stored in the server 300 may be analyzed through a PC and the like, and information about basic energy usage patterns and power quality may be provided to a power provider or a user through a display device (not shown).

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 품질 감시 시스템의 구성도이다.7 is a block diagram of a power quality monitoring system according to another embodiment of the present invention.

도 7의 경우 도 6과 달리 중계기(200)가 생략되고, 전기기기(5)인 복수의 슬레이브(5)와 플러그(110)를 통해 직접 접속된 스마트 플러그(100)에 의해 획득된 데이터가 스마트 플러그(100)에 의해 디지털 데이터로 변환되어 서버(300)로 전송된다.In the case of FIG. 7, unlike FIG. 6, the repeater 200 is omitted, and the data obtained by the smart plug 100 directly connected through the plug 110 and the plurality of slaves 5, which are the electric devices 5, is smart. The plug 100 converts the data into digital data and transmits the digital data to the server 300.

지그비 등의 무선 통신을 이용하는 경우, 각 스마트 플러그(100)에 존재하는 지그비 송신모듈에 대하여 데이터 저장을 위한 서버(300)의 수신 포트가 하나만 있으면 되므로, 1:N 통신이 가능하여 지그비 통신모듈의 필요 개수가 적다는 장점이 있다. When using a wireless communication such as ZigBee, since only one receiving port of the server 300 for data storage is required for the ZigBee transmission module existing in each smart plug 100, 1: N communication is possible, The advantage is that the number required is small.

그러나, 지그비 수신모듈의 이용 개수가 하나일 때, 송신되는 여러 데이터를 동시다발적으로 저장할 수 없게 된다. 즉, 송신모듈에 순서를 두고 일정 시간 동안 차례로 데이터를 수신하게 된다. 그리하여, 하나의 송신모듈에 대하여 데이터를 수신할 때 나머지 전기기기(5)의 데이터가 송신되어도 수신이 불가능하기 때문에 데이터의 단절이 발생할 수 있다.However, when the number of uses of the Zigbee receiving module is one, it is impossible to simultaneously store multiple data transmitted. That is, the data is sequentially received for a predetermined time in order in the transmitting module. Thus, when data is received for one transmission module, disconnection of data may occur because the reception is impossible even if data of the other electric device 5 is transmitted.

지그비 통신을 대신하여 블루투스 통신의 이용이 가능하며, 블루투스 통신은 지그비 통신과는 달리 송신모듈 하나에 수신모듈 하나가 일대일 대응이 된다. 그러므로, 송신되는 모든 데이터를 동시에 받을 수 있게 되는 장점이 있으나, 스마트 플러그(100)의 블루투스 송신모듈의 개수만큼 수신모듈의 개수가 필요하다. 그러므로, 도 6에서, 중계기(200)를 활용하여 통신모듈의 필요 개수를 줄이게 된다.It is possible to use Bluetooth communication instead of Zigbee communication, and unlike Zigbee communication, one receiving module corresponds to one transmitting module. Therefore, although there is an advantage in that all the data to be transmitted at the same time, the number of the receiving module is required as many as the number of the Bluetooth transmitting module of the smart plug 100. Therefore, in FIG. 6, the necessary number of communication modules is reduced by utilizing the repeater 200.

도 6의 경우에도 중계기(200)가 하나에 복수의 전기기기(5)가 데이터를 송신하게 되므로 중계기(200) 당 적절한 개수의 전기기기(5)가 연결될 필요가 있으며, 이에 대한 구체적인 실시예는 도 8을 통해 설명하도록 한다.In the case of FIG. 6, since the plurality of electric devices 5 transmit data to one of the repeaters 200, an appropriate number of electric devices 5 per repeater 200 need to be connected. This will be described with reference to FIG. 8.

도 8은 도 6의 전력 품질 감시 시스템의 구체적인 실시예를 도시한 구성도이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a specific embodiment of the power quality monitoring system of FIG. 6.

중계기(200)는 복수의 통신 포트와 적어도 하나의 플래시 메모리를 구비한 마이크로 컨트롤러 유닛을 이용하여 구현이 가능하므로, AVR이 중계기(200)가 될 수 있다. 즉, 송수신 통신모듈의 적정 개수 및 가정 내에서 발생할 수 있는 통신 거리나 장애물에 의한 무선 통신의 제약을 해결하기 위해 AVR이 중계기(200)로 활용된다.Since the repeater 200 may be implemented using a microcontroller unit having a plurality of communication ports and at least one flash memory, the AVR may be the repeater 200. That is, the AVR is used as the repeater 200 to solve the limitation of the wireless communication due to the proper number of transmission and reception communication module and the communication distance or obstacle that may occur in the home.

예를 들어, AVR의 하나인 Atmega2560을 활용할 수 있다. 중계기(200)로 활용되는 Atmega2560은 총 4개의 통신 포트를 구비하는 데, 이 중 3개의 통신 포트를 3개의 스마트 플러그(100)에서 송신되는 데이터를 받는 수신 포트로 활용하고, 나머지 1개의 통신 포트를 중계기(200)에서 통합된 데이터 패킷을 서버(300)로 전송하는 송신 포트로 활용할 수 있다. 즉, Atmega2560을 중계기(200)로 활용할 경우, 중계기(200) 하나에 3개의 슬레이브(5), 즉 전기기기(5) 3개가 동시에 데이터를 전송할 수 있다.For example, you can take advantage of the Atmega2560, one of the AVRs. Atmega2560 used as a repeater 200 has a total of four communication ports, three of which are used as receiving ports for receiving data transmitted from the three smart plugs 100, and the other one communication port. May be utilized as a transmission port for transmitting the data packet integrated in the repeater 200 to the server 300. That is, when the Atmega2560 is used as the repeater 200, three slaves 5, that is, three electric devices 5, may simultaneously transmit data to one repeater 200.

그리고, 중계기(200)를 여러 개 구현하여 3개로 묶여진 슬레이브(5), 즉 전기기기(5)를 3배수로 관리할 수 있다. 이를 통해, 비슷한 위치에 있는 전기기기(5)를 3개씩 구분하여 관리 가능하다.In addition, by implementing a plurality of repeaters 200, it is possible to manage three slaves (5), that is, the electric device (5), which is bundled into three. Through this, it is possible to manage by dividing the electric device 5 in a similar position by three.

그러므로, 서버(300)에서 필요로 하는 블루투스 수신모듈의 개수를 줄이고, 중계기(200)로 송신되는 전기기기(5)의 데이터를 3개씩 묶음으로써 비슷한 위치에 있는 전기기기(5)의 데이터를 중계기(200)를 통해 통합적으로 관리 가능할 수 있다.Therefore, the number of Bluetooth receiving modules required by the server 300 is reduced, and the data of the electric devices 5 at similar positions are bundled by tying three pieces of data of the electric devices 5 transmitted to the repeater 200. Through 200 may be integrally manageable.

중계기(200)를 활용하여 데이터를 서버(300)에 저장할 경우, 각 중계기(200)의 노드별로 개별적으로 데이터 파일을 만들어 저장하면, 각 데이터가 쉽게 구별되어 데이터의 활용이 간편하게 된다. 즉, 전기기기(5)에 슬레이브 번호를 부여하고, 각 슬레이브 번호에 따라 전송되는 데이터가 저장하도록 설정하여 정확한 데이터의 획득 및 저장이 가능하다.When the data is stored in the server 300 by using the repeater 200, if the data file is individually created and stored for each node of the repeater 200, each data is easily distinguished and the utilization of data is easy. That is, the slave device is assigned to the electric device 5, and the data transmitted according to each slave number is set to be stored, so that accurate data can be obtained and stored.

스마트 플러그(100)의 컨버터(120)를 Atmega128로 구현하고, 중계기(200)를 Atmega2560으로 구현하면, 2000Hz의 샘플링 주파수를 통한 데이터 획득과 블루투스 무선 통신을 통한 동시다발적인 데이터의 정확한 획득이 가능하다.If the converter 120 of the smart plug 100 is implemented in Atmega128 and the repeater 200 is implemented in Atmega2560, it is possible to acquire data through a sampling frequency of 2000 Hz and to accurately acquire multiple data simultaneously through Bluetooth wireless communication. .

가정의 PCC(Point of Common Coupling, 공통접속점) 및 각 전기기기(5)의 사용 전압 및 전류의 순시 데이터를 획득하기 위해 샘플링 주파수를 높이고 무선 통신을 이용하는 스마트 플러그(100) 및 이를 이용한 전력 품질 감시 시스템(10)을 살펴 보았다. 특히, AVR을 컨버터(120) 및 중계기(200)로 활용하고, 블루투스 무선 통신을 이용하여 데이터를 2000Hz의 높은 샘플링 주파수로 정확하게 획득할 수 있음을 알 수 있었다. Smart plug 100 using a wireless communication and increasing the sampling frequency to obtain instantaneous data of the use voltage and current of the home PCC (Point of Common Coupling) and each electric device (5) and power quality monitoring using the same We have looked at the system 10. In particular, it was found that the AVR can be used as the converter 120 and the repeater 200, and data can be accurately obtained at a high sampling frequency of 2000 Hz using Bluetooth wireless communication.

더욱 정확한 전압 및 전류 데이터를 획득할 수 있는 장치인 스마트 플러그(100)와, 무선 통신을 통해 빠르고 효율적으로 획득한 정보를 전달하고 중계기(200)를 통해 동시다발적으로 정보를 전달하여 저장할 수 있는 시스템인 전력 품질 감시 시스템(10)으로부터 전력 공급자와 전력 소비자 사이에서 효율적인 전력 사용이 이루어질 수 있다.Smart plug 100, which is a device that can acquire more accurate voltage and current data, and transmits the information obtained quickly and efficiently through wireless communication, and can simultaneously transmit and store the information through the repeater 200 Efficient power usage can be achieved between the power supplier and the power consumer from the system power quality monitoring system 10.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

10: 전력 품질 감시 시스템 100: 스마트 플러그
110: 플러그 120: 컨버터
130: 트랜스포머 140: 통신모듈
200: 중계기 300: 서버
10: power quality monitoring system 100: smart plug
110: plug 120: converter
130: transformer 140: communication module
200: repeater 300: server

Claims (15)

전기기기와 접속하는 플러그(plug);
상기 전기기기로부터 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환하는 컨버터(converter);
상기 컨버터에 입력되는 전압 및 전류 데이터를 변성하는 트랜스포머(transformer); 및
상기 디지털 데이터를 외부로 전송하는 통신모듈을 포함하는 스마트 플러그(smart plug).
A plug for connecting with an electric device;
A converter for acquiring voltage and current data from the electric device and converting the data into digital data;
A transformer for modifying voltage and current data input to the converter; And
Smart plug including a communication module for transmitting the digital data to the outside.
제 1항에 있어서,
상기 컨버터는 프로그램을 내장하기 위한 메모리가 구비된 마이크로 컨트롤러 유닛인 스마트 플러그.
The method of claim 1,
The converter is a smart plug is a microcontroller unit having a memory for embedding the program.
제 2항에 있어서,
상기 컨버터에 구비된 메모리는 상기 전기기기로부터 획득하는 전압 및 전류 데이터를 분석하여 전력 품질에 대한 정보를 생성하는 전력분석 프로그램을 저장하는 스마트 플러그.
The method of claim 2,
The memory provided in the converter is a smart plug for storing a power analysis program for generating information on the power quality by analyzing the voltage and current data obtained from the electrical device.
제 1항에 있어서,
상기 트랜스포머는 변류기 및 소정 저항을 구비하며,
상기 변류기는 상기 전기기기로부터 들어오는 전류를 변류하고, 상기 변류기에 의해 변류된 전류는 상기 소정 저항에 의해 상기 컨버터의 정격 전압 범위 내 입력 전압으로 변환되는 스마트 플러그.
The method of claim 1,
The transformer has a current transformer and a predetermined resistance,
The current transformer current flows from the electric device, and the current flowd by the current transformer is converted into an input voltage within the rated voltage range of the converter by the predetermined resistance.
제 1항에 있어서,
상기 통신모듈은 블루투스 통신을 통해 상기 디지털 데이터를 전송하는 스마트 플러그.
The method of claim 1,
The communication module is a smart plug for transmitting the digital data via Bluetooth communication.
전기기기와 연결되어 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환하고, 상기 디지털 데이터를 외부로 전송하는 복수의 스마트 플러그;
상기 복수의 스마트 플러그로부터 전송된 디지털 데이터를 통합하여 데이터 패킷을 생성하고, 상기 데이터 패킷을 재전송하는 중계기; 및
상기 중계기로부터 전송되는 데이터 패킷을 저장하는 서버를 포함하는 전력 품질 감시 시스템.
A plurality of smart plugs connected to an electric device to obtain voltage and current data, convert the data into digital data, and transmit the digital data to the outside;
A repeater for generating a data packet by integrating digital data transmitted from the plurality of smart plugs and retransmitting the data packet; And
And a server for storing data packets transmitted from the repeater.
제 6항에 있어서,
상기 스마트 플러그는,
전기기기와 접속하는 플러그와, 상기 전기기기로부터 전압 및 전류 데이터를 획득하여 디지털 데이터로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터에 입력되는 전압 및 전류 데이터를 변성하는 트랜스포머와, 상기 디지털 데이터를 외부로 전송하는 통신모듈을 포함하는 전력 품질 감시 시스템.
The method according to claim 6,
The smart plug,
A plug that connects to an electrical device, a converter that acquires voltage and current data from the electrical device and converts the data into digital data, a transformer that modulates the voltage and current data input to the converter, and transmits the digital data to the outside. Power quality monitoring system including a communication module.
제 7항에 있어서,
상기 컨버터는, 프로그램을 내장하기 위한 플래시 메모리를 구비한 마이크로 컨트롤러 유닛인 전력 품질 감시 시스템.
8. The method of claim 7,
And said converter is a microcontroller unit having a flash memory for embedding a program.
제 7항에 있어서,
상기 트랜스포머는, 상기 컨버터에 입력되는 전류 데이터를 상기 컨버터의 정격 전압 범위 내의 전압 데이터로 변환하며, 상기 컨버터에 입력되는 전압 데이터를 상기 컨버터의 정격 전압 범위 내의 전압 데이터로 강하하는 전력 품질 감시 시스템.
8. The method of claim 7,
And the transformer converts current data input to the converter into voltage data within a rated voltage range of the converter, and drops voltage data input to the converter into voltage data within a rated voltage range of the converter.
제 7항에 있어서,
상기 통신모듈은, 블루투스 통신을 이용하여 무선 통신하는 전력 품질 감시 시스템.
8. The method of claim 7,
The communication module, the power quality monitoring system for wireless communication using Bluetooth communication.
제 6항에 있어서,
상기 중계기는, 복수의 통신 포트와 적어도 하나의 플래시 메모리를 구비한 마이크로 컨트롤러 유닛을 포함하는 전력 품질 감시 시스템.
The method according to claim 6,
The repeater includes a microcontroller unit having a plurality of communication ports and at least one flash memory.
제 11항에 있어서,
상기 마이크로 컨트롤러 유닛은, 상기 복수의 스마트 플러그로부터 전송된 디지털 데이터를 통합하여 데이터 패킷을 생성하는 패킷생성 프로그램을 상기 플래시 메모리에 저장하는 전력 품질 감시 시스템.
12. The method of claim 11,
And the microcontroller unit stores in the flash memory a packet generation program for generating data packets by integrating digital data transmitted from the plurality of smart plugs.
제 11항에 있어서,
상기 복수의 통신 포트 중 적어도 하나의 통신 포트는 상기 서버에 상기 데이터 패킷을 송신하는 송신 포트인 전력 품질 감시 시스템.
12. The method of claim 11,
At least one communication port of the plurality of communication ports is a transmission port for transmitting the data packet to the server.
제 11항에 있어서,
상기 복수의 통신 포트 중 적어도 하나의 통신 포트를 제외한 나머지 통신 포트는 상기 스마트 플러그로부터 전송되는 데이터를 수신하는 수신 포트인 전력 품질 감시 시스템.
12. The method of claim 11,
And a remaining communication port except at least one communication port of the plurality of communication ports is a receiving port for receiving data transmitted from the smart plug.
제 6항에 있어서,
상기 서버는, 상기 중계기로부터 전송되는 데이터 패킷을 수신하는 통신모듈을 더 포함하는 전력 품질 감시 시스템.
The method according to claim 6,
The server further comprises a communication module for receiving a data packet transmitted from the repeater.
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