KR100193739B1

KR100193739B1 - 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어 방법및장치

Info

Publication number: KR100193739B1
Application number: KR1019960010295A
Authority: KR
Inventors: 이기원; 김진태; 박규현
Original assignee: 이기원; 기인시스템주식회사
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970071184A

Abstract

본 발명은 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 최대전력관리장치는 수용가의 최소 8개 이상 제어대상부하(냉방기기 등)들을 출력 신호선으로 직접 연결하여 전원 온오프 제어를 수행하므로 각각의 냉방기기들이 설치된 위치까지 일일이 제어신호선을 포설하는 공사를 수행해야 하며, 기존 설치운용중인 최대전력 관리장치는 수용가의 구내에 설치되는 설비로 한전과는 무관하게 수용가에서 자발적으로 설치하여 목표전력관리도 지금까지는 수용가에서 자체적으로 수행해야 하는 문제를 해결하기 위한 것인 바, 고압수용가의 최대수요전력이 사전에 입력한 목표전력을 초과하는 경우 전력선 반송통신(POWER LINE CARRIER COMMUNICATI ON)을 이용하여 최대 전력관리장치가 현장의 부하를 별도 신호선 포설 공사없이 간편하게 제어하며, 전력회사의 전력관리센터와 수용가 최대전력관리장치를 온라인하여 하계피크가 예상되는 시간대에 전력관리센터에서 적절한 목표전력을 수용가 최대전력관리장치에 다운로드함으로써 한전 전체의 전력수급에 연동되어 수용가 부하를 제어하는 것이다.

Description

최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어 방법 및 장치

제1도는 종래의 최대전력관리장치의 구체적인 동작원리의 설명도.

제2도는 종래기술에 의한 최대전력관리장치의 현장부하제어 구성도.

제3도는 본 발명의 현장접속 연결 구성 블록도.

제4도는 본 발명의 수급연동형 시스템 구축 블록도.

제5도는 제3도의 최대전력관리장치의 상세 구성 블록도.

제6도는 제3도의 전력선 반송 마스터 장치의 상세 구성 블록도.

제7도는 전력선 반송 통신의 신호 생성.

제8도는 제3도의 전력선 반송 슬레이브 장치의 상세 구성 블록도.

제9도는 제어대상부하에 부착되는 임피이던스 부스트 필터.

제10도는 반송주파수 감쇄용 노치 필터.

제11도는 전력선 반송 데이터 프래임 상세 설명도.

제12도는 본 발명의 최대전력관리장치에서 수행되는 현장 부하제어의 수행 알고리즘의 플로우차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 한전인입 AC 전원 10 : 전력회사 거래용 최대수요전력량계

11 : 계기용 변성기(MOF) 12 : 수용가 추가설치부

13 : 펄스발생기부 전력량계 14 : PCT

15 : 수전용 변압기

20 : 기존제어조작선(최대전력관리장치↔마그네틱 스위치)

21 : 마그네틱 스위치 22 : 제어대상부하

23 : 동력전원선

24 : 본 발명 제어조작선(전력선반송 슬레이브장치↔마그네틱 스위치)

100 : 최대전력관리장치 110 : 전력량계접속장치

120 : 최대전력관리 주장치 121 : 주장치 CPU

122 : 맨머신 인터페이스부 123 : ADDRESS/DATA BUS

124 : 외부 입출력 보드 125 : LCD DISPLAY부

126 : LED DISPLAY부 127 : 사용자 접속용 키판넬

128 : 전원장치 129 : DEMAND RESTART

130 : DEMAND PULSE

131 : 시리얼 통신 회선(전력량계 접속장치)

132 : 통신 포트 133 : 경보발생기

134 : 로깅 프린터 135 : 릴레이 박스

140 : 전력선 반송 마스터 장치 141 : 마이크로프로세서

142 : 캐리어 송수신 트랜시버부 143 : 제로 크로싱 검출부

144 : 입출력 인터페이스부 145 : 부하상태 LED

146 : 캐리어 필터 및 트랜스부 147 : RX/TX 선택

148 : TX 149 : RX

160 : 전력선 반송 슬레이브 장치 161 : 마이크로프로세서

162 : 어드레스 선택 스위치 163 : 래치 릴레이

164 : 캐리어 송수신 트랜시버부 165 : 제로 크로싱 검출부

166 : 캐리어 필터 및 트랜스부 167 : RX/TX 선택

168 : TX 169 : RX

170 : 임피이던스 부스트 필터 180 : 반송주파수 감쇄용 노치 필터

200 : 지역별전력관리센터 201 : 중앙전력관리센터

202 : 전용 통신망 L1∼L6 : 인덕터

C1∼C3 : 커패시터

본 발명은 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압수용가의 최대수요전력이 사전에 입력한 목표전력을 초과하는 경우 전력선 반송통신(POWER LINE CARRIER COMMUNICATION)을 이용하여 최대 전력관리장치가 현장의 부하를 별도 신호선 포설 공사없이 간편하게 제어하며, 전력회사의 전력관리센터와 수용가 최대전력관리장치를 온라인하여 하계피크가 예상되는 시간대에 전력관리센터에서 적절한 목표전력을 수용가 최대전력관리장치에 다운로드함으로써 한전 전체의 전력수급에 연동되어 수용가 부하를 제어하는 수급 연동형 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 생활관련 소비가 높아지면서 냉방기기의 보급이 폭발적으로 늘어나고, 전력 다소비 산업이 발달됨에 따라 전력 에너지의 사용량이 매년 크게 증가되어 연중 최대 피크전력이 매년 여름철마다 연 10% 이상씩 갱신되고 있다. 이러한 하계 최대 피크전력중 약 20% 정도가 냉방부하로 추산되고 있고, 향후에도 냉방부하의 지속적인 신장에 예상되고 있다.

이러한 연중 1회의 최대 피크전력 때문에 한전의 발전소의 전력공급 능력이 연간 피크부하 증가율 이상으로 매년 계속 확충되어야 하는 실정으로, 이로 인한 발전소 투자 재원 마련 및 발전소 입지조건 문제등이 큰 과제로 대두되고 있다.

더욱이 피크부하의 증가율이 최소부하의 증가율을 훨씬 앞지르고 있으므로, 피크부하를 기준으로 시설한 전력설비의 비피크 시간대에는 이용율이 낮아짐으로써 설비운용의 효율성이 점차 떨어지는 추세에 있다.

그러므로, 한전에서는 피크부하의 관리를 위해 여러 가지 수요관리 정책을 수행하고 있으나 큰 효과를 얻지 못하고 있다. 최근 가장 효과적인 피크 부하관리 기기로 대두되고 있는 최대 전력 관리장치(DEMAND CONTROLLER)는 전력회사의 거래용 계량기와 접속시켜 수용가의 최대 수요전력(PEAR DEMAND)을 직접제어하는 장치로서, 이 장치를 부착하면 수용가의 피크부하를 평균 15%∼20% 정도까지 절감이 가능해 전력회사 뿐만 아니라 수용가입장에서도 전기요금(기본요금)의 대폭적인 절약이 가능해 양쪽이 모두 공동이익을 얻을 수 있다.

구체적인 최대 전력 관리장치의 작동원리는 먼저 수용가의 목표 피크전력을 설정한후 현재전력의 증가경향을 통해 15분 수요시한 종료이후의 전력수요치를 예측하고, 예측치가 목표전력을 넘지 않는 범위에서 수 개의 회로의 부하를 차단하여 사용전력이 목표 전력 이하가 되도록 조절하는 것으로서, 내부에 마이크로 프로세서가 내장되어 있어 항시 전력부하 상태를 감시하고 있다가 부하가 수요시한인 15분내에 사전에 설정된 목표 전력을 초과할 것 같으면 경보를 발생시킴과 동시에 불필요한 부하부터 순차적으로 최대 8개 기기까지 차단시켜 최대수요전력을 억제하고, 부하가 떨어지면 다시 순차적으로 사전에 입력된 프로그램에 의해 부하를 투입시킨다. 이때, 수요시한(15분)내에 수행되는 최대전력관리장치의 구체적인 수행 알고리즘은 제1도에서 도시된 바와 같다.

첫째, 펄스 발생기에서 입력되고 있는 펄스의 수를 계수하여 현재전력 Pt(디멘스 수요시한 시작후 사용된 전력량)를 구한다.

둘째, 현재전력 Pt와 기준전력 Pr(현재까지의 이상적인 사용전력량)을 비교하여 PtPr인 경우 1단계 경보를 발생시킨다.

셋째, 현재전력 Pt와 기준전력 Pr, 그리고 남은 수요시한등을 이용하여 예측전력 Q를 구한다.

넷째, 예측전력 Q와 목표전력, 그리고 남아 있는 수요시한을 이용하여 조정전력 U를 구한다.

다섯째, 조정전력 U와 현재전력 Pt, 기준전력 Pr의 관계에 의해 미리 정해진 방식에 따라 부하를 제어한다.

물론 최대전력관리장치에 의한 프로그램 제어를 하기 위하여는 목표전력과 조정가능 부하의 조사 등 사전 준비를 철저히하여 설치하여야만 소기의 목적을 달성할 수 있다. 이들 부하설비가 사용되는 공장이나 빌딩 등에서 소비되는 전력량이 전체부하설비에 대해 얼마만큼의 비율인가 보면, 빌딩에서는 냉방설비가 40%, 조명이 30%이고, 공장에서는 생산설비가 80%, 조명이 6%, 공조설비가 10%, 기타가 4%로 공조설비에 의한 소비량은 빌딩에 비해 극히 적다.

따라서, 부하제어를 하는 경우 빌딩에서는 냉방기기가 주가 되고 생산공장에서는 공조설비와 단시간 부하 등 정지해도 생산공정에 경우를 미치지 않은 기기가 대상부하이나, 각 빌딩이나 공장의 특성에 따라 제어가능 부하수, 용량, 정지시간은 서로 다르게 설정한다. 그러나, 최대 수요전력의 관리를 위해 어느 시간대에 집중하는 부하가동을 타 시간대로 옮기는 것이 설비운용상 곤란한 경우, 목표전력을 초과하지 않도록 하기 위해 일부 부하를 차단한다면 실질적인 생산량의 감소가 발생한다. 이런 경우 생산량의 감소를 방지하기 위하여는, 어느 특정시간대의 피크 발생점에서 부하수가 많이 있는 동일기기(예를 들면 공조기기)등을 그 기기의 제품성능, 기타에 나쁜 영향을 주지 않는 범위내에서 단시간정지, 기동운전을 시켜 특정 시간대에서의 사용전력량을 감소시켜 최대전력을 제어하는 최대전력관리장치를 채택함으로써 보다 효과적인 수요관리를 행할 수 있다.

이렇게 최대전력관리장치를 도입하여 수요(DEMAND)제어를 행하면, 일정한 상한치인 목표전력을 정하여 세밀한 부하의 조정을 자동적으로 행하기 때문에 목표전력의 범위내에서 전력을 유효하게 사용할 수 있고, 이에 따라 부하율 향상과 설비의 가동률 증대를 가져오며, 생산원 단위를 크게 저하시키는 효과에 의한 생산성 향상을 가져올 수 있고, 전력회사측에서도 피크억제로 인한 발전설비투자를 줄일 수 있다. 그러나, 이러한 최대전력관리장치를 실제 수용가에 적용시킬 때 다음과 같은 몇가지 문제가 있어왔다.

첫째, 최대전력관리장치는 수용가의 최소 8개 이상 제어대상부하(냉방기기 등)들을 출력 신호선으로 직접 연결하여 전원 온오프 제어를 수행하므로, 각각의 냉방 기기들이 설치된 위치까지 일일이 제어신호선을 포설하는 공사를 수행해야 한다. 이러한 공사는 10층 건물의 예를들면 최대전력관리장치가 위치한 지하층의 변전실에서 건물의 1층∼10층까지 각층마다 위치한 에어콘까지 제어 신호선을 직접 연결해야 하므로 최소한 수일 이상의 공사기간과 최대전력관리장치 본체기기가격의 수배∼수십배에 해당하는 공사비가 요구된다.

그러므로, 대부분의 설치 현장에서 최대전력관리장치 기기보다는 전기공사가 훨씬 큰 부담이 되므로 수용가 입장에서는 쉽게 채택하기가 어렵다. 더욱이 설치한 후 절감되는 전기요금에 대한 기기 투자비 회수까지의 기간을 보면 최대전력 관리장치 기기는 대개 수개월 이내에 투자비 회수가 되지만, 설치 공사비는 수년 이상의 기간이 지나도 투자비 회수가 어려운 경우가 많다. 이러한 최대전력 관리장치의 설치, 시공에 따른 과도한 부담 때문에 그간 본격적인 보급이 지연될 정도로 이 문제에 대한 기술적 해결은 없었으며, 단지 목표전력의 초과시에 최대전력관리장치에서 제어기능을 배제하고 경보(ALARM)만 발생시켜 운전원에 의한 수동조작을 수행하는 최대전력감시장치(DEMAND MONITOR)로만 사용되어 왔을 뿐이다. 종래기술에 의한 최대전력관리장치의 현장 부하연결 구성은 제2도에 나타나 있다.

둘째, 기존 설치운용중인 최대전력관리장치는 수용가의 구내에 설치되는 설비로, 한전과는 무관하게 수용가에서 자발적으로 설치하여 목표전력관리도 지금까지는 수용가에서 자체적으로 수행해 왔다. 그러나, 매년 갈수록 심화되는 하계 피크전력의 위기를 볼 때 기존 여러 부하관리기기들 중에서 직접적인 부하절감 효과를 아주 경제적으로 얻을 수 있는 최대전력관리장치를 7월, 8월의 하계피크시에 국가 전체적인 전력수급 측면에서 보다 효과적으로 집중시킬 필요성이 있다.

즉, 지금까지는 최대전력관리장치가 수용가의 자체 부설기기이므로, 이의 목표전력세팅 및 기기동작이 한전과는 전혀 관련이 없이 수용가에서 자체 관리되어 왔었다. 그러므로, 하계 전력수급 불안정 시간대에도 한전의 전력수급시스템과 연동되지 않고 독자적으로 동작됨으로써, 정작 한전의 하계 전력수급에 큰 도움이 되지 못했다. 한전의 요구에 따라 통신선을 통해 직접 원격 수용가의 말단 냉방부하들을 차단하는 명령을 제공하는 직접 부하제어 장치(DIRECT LOAD CONTROLLER)가 있으나, 이 장치는 전력수급 불안 시간대에 한전의 직접제어를 통해 말단 냉방부하들을 수분∼수십분간 장시간 차단하기 때문에 수용가의 반발을 심하게 야기시킴으써 그간 확대적용이 어려웠으나, 본 발명의 최대전력관리장치는 제어대상 부하들을 수초∼수십초간격으로 우선순위에 따라 순차 제어하므로 수용가의 불편을 최소화시킬수 있어 한전의 요구에 따라 특정 시간대에 보다 효과적인 최대전력관리장치가 가능할 수 있게 되었다. 본 발명의 목적은, 전술한 종래기술에 의한 최대전력관리장치의 문제점을 해소한 것으로서, 현장제어 대상 부하까지 최대전력관리장치의 제어선을 연결해야 하는 설치 공사를 없애기 위해 전력선 반송(POWER LINE CARRIER) 원격 통신장치를 내장시킴으로써 현장설치시 제어 신호선 공사를 완전히 없앤 새로운 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

그리고, 고압수용가에 설치된 최대전력관리장치가 한전의 전력수급 상황과 온라인으로 연동되어 관리되면서, 수용가의 목표전력 설정값이 한전의 수급요구에 의해 추종되어 수용가 냉방부하가 한전 전체의 전력수급에 따라 직접 제어되는 수급연동형 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.

이때, 수용가의 부하제어는 수십초 단위의 순차제어로 조종되므로 수용가의 반발이 없도록 할 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제시하는 최대전력관리 장치의 전력선 반송 부하제어장치는 다음과 같은 장치들로 구성된다.

전력회사 거래용 최대수요전력량계에서 사용전력과 15분 수요시한을 검출한후 최대전력관리 주장치에 보내는 전력량계 접속장치와 입력된 사용전력량 데이터와 15분 수요시한 데이터를 통해 사전 정의한 목표전력값 이하로 현재 사용전력이 제어되도록 설계된 최대전력관리 주장치와 목표전력 초과시에 제어 대상부하의 차단 신호를 전력선 반송 통신을 통해 송출하는 전력선 반송 마스터 장치가 내부에 구성된 최대전력관리장치와, 원격의 제어 대상부하(통상 1∼16개 정도)들의 동력전원선에 기존 부착되어 있는 마그네틱 스위치(혹은 운용조작 스위치)의 제어 조작단자에 부착되는 전력선 반송 슬레이브 장치로 구성됨을 특징으로 하고 있다.

상기 전력선 반송 마스터 장치와 슬레이브 장치는 별도의 제어조작선이 필요없이 일반 전원선에 연결만 하면 되므로 현장의 부하제어선의 포설 공사가 완전히 없어질 수 있어 간단한 설치와 운용이 본 발명의 장점이다.

또한 한전지사(혹은 지점)에 위치한 지역별 전력관리센터와 자기 관할 구역내 모든 고압수용가에 설치된 본 발명의 최대전력관리장치가 전용 통신선으로 온라인 연동되어 전력관리가 전 지역별로 연계 제어될 수 있음이 본 발명의 또다른 특징이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 장치에 의하면, 한전에서는 평소 자기지역내 고압수용가의 사용전력량을 항상 감시하고 있다가 하계 피크전력 위기시에는 사전에 개별 수용가별로 미리 약정한 목표전력값을 각 수용가에 설치된 최대전력관리장치로 다운로드하고, 수용가의 최대전력관리장치는 다운로드 받은 상기 목표전력이 유지될 수 있도록 말단 냉방부하들을 전력선 반송통신을 이용해 온오프 제어함에 따라 그간 최대전력관리장치의 문제점이었던 전체 지역별 연동제어와 제어조작선 설치공사 문제를 해결할 수 있게 된다.

이제, 이하 첨부된 도면에 근거하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제3도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 최대전력관리장치(100)는 전력회사 거래용 최대수요 전력량계(10)에서 사용전력량과 15분 수요시한을 인출하는 전력량계 접속장치(110)와, 수용가 최대 사용전력이 사전에 정해진 목표전력으로 유지되도록 제어하는 최대전력관리 주장치(120)와, 수용가 사용전력이 목표전력을 초과할 때 원격의 제어대상 부하(22)들에 제어 출력신호를 송출하고 제어출력의 수신 상태를 확인받는 전력선 반송 마스터 장치(140)로 구성된다.

또한, 본 발명의 현장장치는 현장의 제어대상부하(22)들에 기존 부착되어 있는 동력전원 차단용 마그네틱 스위치(혹은 운용조작 스위치)(21)와, 제어조작 단자에 설치되는 전력선 반송 슬레이브 장치(160)로 구성되어 있다. 대부분의 고압수용가에서 상기 최대전력관리장치(100)는 변전실에 위치해 있고, 상기 현장 제어대상 부하(22)는 전력 다소비 설비 근처에 위치하기 때문에 거리가 멀다.

그러나, 상기 전력선 반송 마스터 장치(140)와 전력선 반송 슬레이브 장치(160)는 신호 송수신 단자가 수용가의 일반 AC 전원선에 바로 연결시키도록 되어 있어, 변전실의 최대전력관리장치(100)에서부터 현장의 제어대상 부하(22)들에 까지 제어 조작선의 공사가 필요치 않다.

제4도에 도시된 바와 같이, 상기 최대전력관리장치(100)는 최대전력관리 주 장치(120)에 내장된 RS-232C 직렬통신 포트(132)를 통해 전용통신망으로 한전지사에 설치된 지역별 전력관리센터(200)와 항상 온라인 연결되어 있어, 한전의 수급 상황에 따라 특정시간대에 목표전력을 다운로드 받을 수 있고, 수용가의 전력관리 상황을 전력 관리센터로 업로드 할 수 있도록 구성된다.

상기 최대전력관리장치(100)는전력량계 접속장치(110)와 최대전력관리 주장치(120) 및 전력선 반송 마스터 장치(140)로 구성되는데, 먼저 최대전력관리 주장치(120)는 제5도에서 도시된 바와같이, LCD 디스플레이(125), LED 디스플레이(126) 및 사용자 접속용 키 패널(127) 등으로 구성된 맨머신 인터페이스(MMI)부(122)와, 목표전력 관리 프로그램이 수행되는 주장치 CPU 보드(121)와, 전력량계접속장치(110)의 출력 펄스들을 입력받고 또한 제어신호를 전력선 반송 마스터 장치(140)나 릴레이 박스(135)로 출력하는 외부 입출력 보드(124)와, 전원장치(128) 등으로 구성되어 있으며, 전력량계접속장치(110) 및 전력선 반송 마스타 장치(140)와 최대전력관리장치(100) 외함내에 같이 내장된다.

물론, 상기 전력량계접속장치(110)와 전력선반송 마스터 장치(140)는 별도의 외함으로 각각 분리되어 구성될 수도 있다.

상기 주장치 CPU 보드(121)에는 외부와 통신을 위한 RS-232C 직렬포트(132)가 내장되어 있다.

또한, 설치 대상 수용가에 따라 제어대상부하(22)의 숫자가 1∼2개 뿐이면서 상기 제어대상 부하(22)의 위치가 아주 근접하여 최대전력관리장치(100)에서 직접차단이 가능한 경우에는, 최대전력관리장치(100)가 전력선 반송 마스터 장치(140)를 사용치 않고도 대용량의 부하차단이 가능하도록 상기 릴레이박스(135)를 최대전력관리장치(100)의 출력 단자에 부착할 수 있다.

상기 릴레이 박스(135)내에는 보조릴레이들이 최소 8개 이상이 부착되어 있으며, 제어대상부하(22)의 증가에 따른 출력 채널 확장을 위해 시이퀀스 회로를 꾸밀 수 있도록 구성되어 최소 8개 채널에서 최소 2⁸개 채널까지 출력채널의 확장이 가능토록 구성한다.

또한, 상기 최대전력 관리장치(100)에는 시간대별, 일별, 월별로 목표전력, 평균전력, 최대수요전력을 발생시간과 함께 리포트 약식으로 프린트하는 로깅프린터(134)가 접속되어 있고, 또한 현재 전력이 목표전력을 초과할 경우에는 최대전력관리장치(100)의 지령에 의해 단계별로 경보를 발생시키는 경보용 출력장치(133)가 접속되어 있다.

일반 AC전원선을 통하여 최대전력관리장치(100)와 제어대상 부하(22)를 연결하는 전력선 반송장치는 전력선 반송 마스터 장치(140)와 전력선 반송 슬레이브 장치(160)로 구성되는데, 먼저 전력선 반송 마스터 장치(140)는 제6도에 도시된 바와 같이, 60Hz 전력선에서 제로 크로싱(ZERO CROSSING) 순간을 검지하는 제로 크로싱 검출부(143)와, 제로 크로싱을 검지한후 반송 주파수 120KHz를 60Hz 전력선에 실어서 송수신하는 송수신 트린시버부(142)와 전력선 반송 슬레이브 장치(160)와의 통신 프로토콜을 수행하는 CPU부(141)와, 최대전력관리 주장치(120)에서 부하제어 명령을 입력받으며 상기 CPU부(141)에서 수시로 제어대상 부하(22)의 상태를 체크한후 최대전력관리 주장치(120)로 상태정보를 출력하는 입출력 인터페이스부(144)와, 전력선 반송 마스터 장치(140)의 상태 및 제어대상부하(22)의 온오프 상태를 디스플레이 시키는 상태 LED부(145)와, 60Hz 주파수는 오픈시키고 120KHz의 반송주파수 대역은 통과시키는 캐리어 필터 및 트랜스부(146)로 구성된다.

상기 전력선 반송 마스터 장치(140)는 제7도에 도시된 것처럼, 60Hz 전력선의 제로 크로싱후 1ms의 시간 지연후에 3ms의 시간동안 120KHz의 반송 주파수를 60Hz 전력선에 실어 줄때에 '1'의 신호로, 120KHz 반송주파수를 실어주지 않을 때 '0'의 신호로 전력선 반송 슬레이브 장치(160)와 통신한다.

이때, 수행되는 통신 프로토콜은 직렬통신 규약으로 제11도에서 처럼 미리 정의한다.

그리고, 상기 전력선 반송 슬레이브 장치(160)는 제8도에 도시된 바와 같이, 전술한 전력선 반송 마스터 장치(140)와 같이 60Hz 전력선에서 제로 크로싱 순간을 검지하는 제로 크로싱 검출부(165)와 제로 크로싱을 검지한후 반송 주파수 120KHz를 60Hz 전력선에 실어서 송수신하는 송수신 트랜시버부(164)와, 전력선 반송 슬레이브장치(160)마다 고유의 어드레스를 지정하는 어드레스 선택 스위치(162)와, 전력선 반송 마스터 장치(140)와의 통신 프로토콜을 수행하는 CPU부(161)와, 60Hz 주파수는 오픈시키고 120KHz 반송 주파수 대역은 통과시키는 캐리어 필터 및 트랜스부(166)와, 최대전력관리 주장치(120)의 부하제어 명령에 따라 제어대상부하(22)의 마그네틱 스위치(21)를 동작시키는 래치 릴레이(163)와, 제어대상부하의 동력 전원선을 차단시키는 마그네틱 스위치(21)로 구성된다.

상기 전력선 반송 슬레이브 장치(160)는 상위 전력선 반송 마스터 장치(140)에서 부하차단 지령이 오면, 직접 제어대상 부하(22)에 공급되는 동력 전원을 차단하는 것이 아니라. 기존 설비 운용중인 마그네틱 스위치(21)의 2차측 조작 코일을 내부 래치릴레이(163)로 제어함으로써 제어대상 부하(22)의 동력전원을 차단한다.

또한, 제어 지령을 하달하고 난 이후 전력선 반송 슬레이브 장치(160)에서 제어대상 부하(22)를 제대로 온/오프 제어를 수행했는지의 상태를 확인하는 것이 반드시 필요하다.

이를 위해 전력선 반송 슬레이브 장치(160)에서 제어대상 부하(22)의 상태를 확인하여 상위 전력선 반송 마스터 장치(140)로 전송할 수 있도록 전력선 반송 슬레이브 장치(160)와 전력선 반송 마스터 장치(140)는 반드시 양방향 통신이 되도록 구성된다.

상기 제어대상 부하(22)는 제9도에 도시된 바와 같이, 대용량의 부하가 AC 전원선에 투입되는 경우 반송 주파수(120KHz) 대역의 임피이던스가 급속히 저하되어 반송 주파수대역의 신호 전압 레벨이 떨어지게 되어 전력선 반송 통신이 불통되는 경우가 발생된다.

이러한 경우를 방지하기 위해 임피이던스 부스트 필터(170)를 모든 대용량의 부하들에 부착시킨다.

또한 상기 임피이던스 부스트 필터(170)는 AC 전원선에서 보이는 커패시터 부하에 의한 임피이던스 저하를 방지시킬 뿐만 아니라. 각종 대용량 부하(모터 등)의 투입 및 차단시 발생되는 잡음이 AC 전원선으로 유입되어 반송 주파수에 실은 제어신호가 오염되는 것을 막아준다.

한편, AC전원선은 한전의 모든 수용가에 공통으로 연결되어 있으므로, 특정 수용가 빌딩에서의 전력선 반송 제어 신호가 인접한 다른 수용가 빌딩으로 AC 전력선을 통해 확대 전이됨으로써 다른 수용가의 부하를 동시에 차단할 수 있기 때문에 이에 대한 방지를 위해, 제10도에서 도시된 바와 같이 한전의 수전용 변압기(15) 2차측에 120KHz 반송 주파수 감쇄용 노치 필터(180)를 부착하여, 수용가 외부 AC 전원선으로 반송 주파수의 제어신호가 확산되지 않도록 방지한다.

제11도는 전력선 반송 데이터 프레임을 나타낸 것으로서, 이 전력선 반송 데이터 프래임은 총 24비트의 표면 코드를 가지는 시리얼 통신 프래임이다.

이 데이터 프레임은 시작코드 4비트를 제외한 표면코드 20비트는 전원의 반주기마다 전송되는 매 비트마다 실제코드와 그의 역전 코드가 차례대로 전송되므로 실제코드는 10비트이며, 수용가 코드로 3개 비트, 수용가내 부하코드로 4개 비트, 명령코드로 3개 비트가 할당된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예의 작동을 제3도, 제6도, 제8도, 제11도 및 제12도를 참조하여 설명한다.

먼저, 해당 수용가의 목표전력을 한전의 지역별 전력관리센터(200)에서 다운로드 받거나, 혹은 수용가에서 자체적으로 설정하여 최대전력관리 주장치(120)에 사전 입력한다.

최대 전력관리 주장치(120)는 전력량계 접속장치(110)를 통해 전력회사 거래용 최대수요전력량계(10)에서 사용전력량과 15분 수요시한을 인출하여 수용가의 사용 최대전력을 15분 주기로 항시 체크하다가, 만약 수용가의 사용 전력량 증가 추이가 급격하여 15분 수요시한후 예측전력이 목표전력 설정치를 초과하는 경우, 최대전력관리 주장치(120)는 즉시 전력선 반송 마스터 장치(140)에 사전에 정해진 부하차단 우선순위에 따라 제어대상 부하(22)에 부하 차단신호를 출력하도록 명령한다.

전력선 반송 마스터 장치(140)는 그 이전까지 산하의 모든 원격 제어대상 부하(22)의 상태를 주기적으로 폴링하다가, 이 부하차단 명령을 받으면 즉시 캐리어 송신 모드로 변하면서 부하차단 명령 데이터 프래임을 구성하고 제로 크로싱 검출부(143)에서 AC 일반전원의 제로 크로싱을 검출한 후, 1ms의 시간지연후 캐리어 송수신 트랜시버부(142)를 통해 AC 일반 전원선으로 3ms의 매 송신 시간동안, 상기 제11도의 데이터 프래임을 제어대상 부하(22)의 전력선 반송 슬레이브 장치(160)로 AC 전원의 매주기마다 2비트씩 전송한다.

전력선 반송 슬레이브 장치(160)는 캐리어 수신 모드에서 부하차단 명령을 수신한 후, 제어대상 부하(22) 차단용 마그네틱 스위치(21)에 연결된 제어조작선(24)을 차단시킴으로써, 마그네틱 스위치(21)에 연결된 제어대상 부하(22)의 AC 동력전원(23)을 차단한다.

이때, 전력선 반송 슬레이브 장치(160)는 어드레스 선택 스위치(162)로 부하번호가 사전에 지정되어 있으므로, 타 부하번호의 전력선 반송 슬레이브 장치(160)는 전혀 동작치 않는다.

부하차단 명령 수행 이후에 지정된 전력선 반송 슬레이브 장치(160)는 즉시 캐리어 송신 모드로 변환된 후 부하상태의 변화를 데이터 프래임에 실어 상위의 전력선 반송 마스터 장치(140)로 응답한다.

전력선 반송 마스터 장치(140)는 제어명령 프래임의 송출이후에 즉시 캐리어 수신모드로 전환되어 상기 전력선 반송 슬레이브 장치(160)의 응답 데이터 프래임을 기다린다.

만약 상기 응답 데이터가 일정시간동안 없을 경우에는, 다시 즉시 캐리어 송신모드로 바뀌어 제어명령 송출을 재시도 한다.

상기 시도를 3회 연속 수행시에도 지정된 전력선 반송 슬레이브 장치(160)에서 아무 응답이 없는 경우에는 전력선 반송 에러로 판단하고 최대전력관리 주장치(120)로 알려주어 외부에 경보 신호를 발생시킨다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 전력선 반송 부하제어방법을 통해 변전실에 설치되는 최대전력 관리장치(100)에서 수용가의 현장 제어대상 부하(22)에까지 연결되는 제어부하선을 포설공사하지 않고도 AC 일반전원선을 쉽게 부하를 제어할 수 있어, 수용가의 최대전력관리를 수행하는데 필수적인 최대전력관리장치(100)를 보다 용이하고 저렴하게 설치할 수 있어, 이를 통해 최대전력관리장치(100)의 확대보급에 크게 기여할 수 있다.

더욱이 매년 되풀이되는 하계 피크시 전체 전력수급 관리에 유용하도록 한전의 전력상황에 연동되어 목표전력이 결정되는 수급연동형 최대전력 관리장치(100)를 통해 특히 냉방부하에 의한 하계피크를 크게 절감할 수 있다.

그러므로, 항상 전력 예비율 부족으로 허덕이는 하계피크 때문에 막대한 비용이 들어가는 발전소 건설 및 전력설비 확충이 계속될 수 밖에 없는 실정에서 볼 때, 본 발명의 적용은 발전소 건설 및 전력설비 확충에 대한 투자를 상당기간 회피할 수 있는 효과가 있다.

Claims

전력회사 거래용 최대수요 전력량계(10)에서 사용전력량과 15분 수요시한을 인출하는 전력량계 접속장치(110), 수용가 최대 사용전력이 사전에 정해진 목표전력으로 유지되도록 제어하는 최대전력관리 주장치(120), 그리고 수용가 사용전력이 목표 전력을 초과할 때 원거리의 제어대상 부하(22)들에 제어 출력신호를 송출하고 제어출력의 수신 상태를 확인받는 전력선 반송 마스터 장치(140)로 이루어진 최대전력관리장치(100)와, 제어대상 부하(22)들에 연결된 전력선 반송 슬레이브 장치(160)와, 상기 전력선 반송 마스터(140)와 전력선 반송 슬레이브장치(160)를 연결하는 AC 일반전원선을 포함하는 것을 특징으로 하는 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어장치.
제1항에 있어서, AC 전원선에 여러개의 대용량 부하나 캐패시터 부하가 연결되어 있거나, 혹은 제어대상 부하(22)에서 발생한 노이즈가 AC전원선에 유입되어 전력선 반송 주파수대의 임피이던스가 저하되는 현상을 차단하는 인덕터(L1∼L4)와 캐패시터(C1)로 구성된 임피이던스 부스트 필터(170)를 제어대상 부하(22) 앞단에 부착한 것을 특징으로 하는 최대전력관리장치의 전력선 부하제어장치.
제1항에 있어서, 특정 수용가의 전력선 반송제어 신호가 타 수용가로 전이되는 것을 막기위해, 한전 수전용 변압기(15)의 2차측에 인덕터(L5, L6)와 캐패시터(C2, C3)로 구성된 반송주파수 감쇄용 노치필터(180)를 부착한 것을 특징으로 하는 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어장치.
제1항에 있어서, 원격제어를 위한 통신 프래임은 1주기마다 2개의 비트를 전송하되, 앞선 반주기에는 실제 전송 데이터 비트를, 뒤진 반주기에는 앞선 비트를 역전시킨 인버스비트를 보내어 전력선 반송 데이터의 신뢰성이 있도록 데이터 프래임을 구성하고, 상기 전력선 반송 마스터장치(140)에서 전력선 반송슬레이브장치(160)로 부하 제1어 명령을 송출한 후, 상기 전력선 반송 슬레이브장치(160)에서 상기 전력선 반송 마스터장치(140)로 제어명령의 수신 및 수행결과를 응답하는 양방향 통신을 수행함으로써 전력선 반송통신의 신뢰성을 높인 것을 특징으로 하는 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어장치.
제1항에 있어서, 상기 전력선 반송 마스터장치(140)나 상기 전력선 반송슬레이브장치(160)의 AC 전원 입력 접속부에 60Hz 전원 주파수는 오픈시키고 반송 주파수 대역은 통과시키는 캐리어 필터 및 트랜스부(166)를 설치한 것을 특징으로 하는 최대전력 관리장치의 전력선 반송 부하제어장치.
제1항에 있어서, 상기 전력선 반송슬레이브장치(160)의 외부 접점 출력 릴레이로 AC 일반전원이 정전시 정전 이전의 릴레이 접점을 그대로 유지하는 래치형 릴레이(163)를 채택하여 AC 전원의 오프후 온될 때에도 접점 릴레이가 오동작하지 않도록 함을 특징으로 하는 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어장치.
제1항에 있어서, 상기 최대전력관리장치(100)들이 전력회사의 지역별 전력관리센터(200)와 전용통신망을 온라인 연동되어, 피크전력 위기시에 전체적인 전력수급사정에 따라 지역별 전력관리센터(200)에서 수용가의 목표전력을 직접 관리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 최대전력관리장치의 전력선 반송 부하제어장치.
제7항에 있어서, 상기 최대전력관리장치(100)가 지역별 전력관리센터(200)로부터 목표전력을 다운로드 받을 수 있도록 하고, 수용가의 사용전력 변화 추이를 상기 지역별 전력관리센터(200)로 업로드 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 최대전력관리 장치의 전력선 반송 부하제어장치.