KR100372021B1 - 개방형 전력량계 - Google Patents

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KR100372021B1
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Abstract

본 발명은 개방형 전력량계에 관한 것으로, 전력선 신호에서 고주파의 전력선 통신신호를 분리하는 전력선 통신부; 상기 전력선 통신부로 수신되는 통신 신호를 프레임 종류에 따라 해당 처리부로 데이터를 전달하고, 상위 처리부에서 입력되는 데이터를 프레임의 종류에 따라 패킷화하여 전력선 통신부로 제공하는 패킷연결기; 상기 패킷 연결기와 접속되고, TCP/IP 프로토콜 엔진을 탑재하여 원격 검침 통신을 수행하는 저속데이터 처리부; 상기 전력선 통신부와 통신을 수행하여 고속 데이터를 옥내의 통신단말로 전송하고, 상기 패킷연결기를 통해 고속 데이터를 옥외의 통신단말로 전송하는 고속 데이터처리부; 및 외부 음성장치에 접속되고, 상기 접속된 음성장치로부터의 음성신호를 부호화하여 패킷연결기에 제공하고, 상기 패킷연결기로부터 입력되는 부호화 된 음성신호를 복호화하여 외부의 음성장치에 제공하는 텔레포니 처리부로 이루어진 개방형 통신모듈을 구비함으로서 저압 배전망을 통신 및 가입자망으로 활용할 수 있어 데이터 통신에 따른 효율성을 높일 수 있다.

Description

개방형 전력량계{ Open type electricity meters }
본 발명은 전력량계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력량계에 TCP/IP 통신 프로토콜 엔진을 탑재하여 전력선을 이용한 원격 검침과 함께 고속의 데이터통신 및 텔레포니 서비스를 수행할 수 있도록 한 개방형 전력량계에 관한 것이다.
일반적으로 전력량계는 아날로그 또는 전자식에 이르기까지 수용가의 소비 전력량을 계량하여 이를 별도의 표시부에 표시하는 장치이다. 상기 전력량계의 좀 더 발달된 형태로는 검침원이 직접 수용가를 방문하지 않고 원격 또는 근거리내에서 전력량 데이터를 검침할 수 있도록 하는 원격 검침 기능을 지원하고 있다. 이경우에는 전화선, 고주파 모듈 또는 전력선 통신 모듈을 통해 전력량 정보를 외부에 전달한다. 따라서 기존의 전력량계는 원격 검침만을 목표로 하기 때문에 용도의 제한이 있게 되고, 개방형 통신 구조가 아니기 때문에 통신에 따른 확장성 및 접근성이 낮고, 쌍방향 통신이 어려운 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전력량계에 TCP/IP 통신 프로토콜 엔진 및 전용의 프로토콜 엔진을 탑재하여 전력선 통신으로 원격 검침은 물론 전화 및 저속/고속 데이터 통신이 가능하도록 한 개방형 전력량계를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 개방형 전력량계의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 개방형 통신모듈의 상세 블럭 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 통신 프레임의 구조.
도 4는 본 발명에 따른 아날로그형 전력량계 원격검침부의 구성도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 적용되는 개방형 전력량계에서 사용되는 통신 프로토콜 포맷이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 개방형 통신모듈은 전력선 신호에서 고주파의 전력선 통신신호를 분리하는 전력선 통신부; 상기 전력선 통신부로 수신되는 통신신호를 프레임 종류 필드값에 따라 해당 처리부로 데이터를 전달하고, 상위 처리부에서 입력되는 데이터에 프레임의 종류값을 지정하고 패킷화하여 전력선 통신부로 제공하는 패킷 연결기; TCP/IP 프로토콜 엔진을 탑재하고 원격 검침 및 전력선 모뎀의 이상 유무등의 정보를 패킷 연결기를 통해 전달하는 저속데이터 처리부; 인터넷과 같이 TCP/IP와 같은 프로토콜을 지원하는 별도의 터미널을 통해 전력선 통신부와 통신을 수행하고, 패킷 연결기를 통해 패킷화 된 고속 데이터를 다른 매체로 전송하는 고속 데이터처리부; 및 일반 전화기와 접속하여 아날로그 음성신호를 디지털 음성신호로 변환하고 이를 패킷화하여 패킷 연결기를 통해 전력선 통신부로 전달하고, 전력선 통신부로부터 입력되는 음성 데이터를 패킷 연결기를 통해 전달받는 텔레포니 처리부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명에 적용되는 개방형 전력량계를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 1을 참조하면, 그 구성은 전력량 연산부(100), LCD표시부(110), 키 입력부(120), A/D변환기(130), 개방형 통신모듈(140), 변압기(150), 변류기(160)를 포함한다.
상기 변류기(160)는 옥외에서 인입되는 전력을 전류량으로 변환하여 후술될 A/D 변환기(130)로 제공한다. 상기 변압기(150)는 옥외에서 인입되는 전력을 저전압으로 변환하여 A/D변환기(130)로 제공한다. 상기 A/D변환기(130)는 입력된 전압 및 전류를 디지털 신호로 변환하여 전력량 연산부(100)로 제공한다. 상기 전력량 연산부(100)는 A/D변환기(130)로부터 입력되는 디지털 신호를 연산하여 전력 소비량을 측정한다. 상기 LCD 표시부(110)는 전력량 연산부(100)에서 연산된 전력 소비량을 숫자 및 그래프 형태로 표시한다.
상기 개방형 통신모듈(140)은 옥외의 AC 입력과 AC 출력측에 접속되어 전력선 통신을 수행하며, 전력량 연산부(100)로부터 연산된 전력량을 카운트하여 원격 검침을 하며, 외부의 인터페이스를 통해 음성 및 고속의 데이터 통신을 수행한다. 전력량 연산부(100)는 개방형 통신모듈(140)로부터 전력 검침을 요구받고, A/D변환기(130)에서 입력되는 디지털 신호로부터 전력량을 연산 측정하여 개방형통신모듈(140)의 원격검침부로 제공한다.
도 2는 도 1에 도시된 개방형 통신모듈의 세부적인 블럭 구성도이다.
도 2를 참조하면, 그 구성은 전력선 통신부(330), 패킷연결기(320), 고속 데이터처리부(350), 저속 데이터처리부(390) 및 텔레포니 처리부(370)를 포함하여 이루어진다.
상기 전력선 통신부(330)는 옥내용 전력선모뎀(334)과 옥외용 전력선 모뎀(332)으로 이루어져 전력선 신호에서 고주파의 전력선 통신신호를 분리한다. 상기 옥내용 전력선모뎀(334)은 후술될 고속 데이터처리부(350)와 직접 고속의 전력선 데이터 통신을 수행하고, 옥외용 전력선모뎀(332)은 패킷 연결기(320)에 접속되어 옥외 전력선에 설치된 옥외 전력선모뎀(도시 안됨)과 통신을 수행한다.
상기 패킷연결기(320)는 저속데이터 처리부(390), 고속데이터 처리부(350) 및 텔레포니 처리부(270)와 각각 구분된 프레임 형태로 통신을 수행한다. 즉, 상기 패킷연결기(320)는 전력선 통신부(330)의 옥외용 전력선모뎀(332)으로부터 수신되는 프레임에 대하여 프레임 종류 필드값에 따라 해당 처리부(저속 데이터처리부, 고속 데이터처리부 및 텔레포니 처리부)로 프레임 데이터를 전달하고, 상기 해당 처리부로부터 입력되는 데이터에 대하여 프레임의 종류값을 지정하고 패킷화하여 전력선 통신부(330)로 제공한다.
여기서 프레임 종류는 상기 패킷연결기(320)로 수신 또는 송신되는 프레임이 고속데이터 통신, 저속데이터 통신 및 텔레포니 서비스중의 하나임을 구분하기 위한 필드이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 통신 프레임의 구조이다.
도 3을 참조하면, 그 구성은 프레임의 시작을 알리는 프리엠블, 프레임의 동기화를 위한 SF(Start of Frame), 데이터 처리에 따른 프레임을 구분하기 위한 프레임 종류, 도착지 주소, 출발지 주소, 프레임 길이, 데이터 및 프레임 수신시 에러 발생여부를 확인을 위한 FCS(Frame Check Sequence)등을 포함한다.
한편, 상기 고속 데이터처리부(350)는 이더넷 스위치(352), 메모리(354) 및 이더넷 PHY(356)로 이루어져 이더넷 접속방식으로 TCP/IP 통신 프로토콜을 지원하는 별도의 터미널에 의해 전력선 통신부(330)와 통신을 수행하고, 상기 패킷 연결기(310)에서 패킷화 된 고속 데이터를 전력선 통신부(330)에 의해 다른 매체로 전송한다. 여기서 별도의 터미널이란 이더넷 랜 카드가 장착된 컴퓨터, 이더넷 접속방식의 고속 데이터 모뎀이다. 이와 같은 터미널은 자체에 TCP/IP 통신프로토콜 엔진을 갖추고 있으며 고속 프로세싱에 따른 고속의 데이터 송수신이 가능하다.
그리고 외부의 컴퓨터나 고속 통신장치가 전력선을 매개로 별도의 전력선 모뎀(옥내용 전력선모뎀(334)과 동일한 통신방식을 사용함)에 연결되는 경우에 상기 옥내용 전력선모뎀(334)을 통해 수신되는 데이터는 이더넷 스위치(352)의 스위칭 동작에 의해 패킷 연결기(320)로 제공되어 프레임화되고, 상기 옥외용 전력선 모뎀(332)을 통해 옥외에 설치된 상위의 통신 시스템으로 전달된다.
상기 저속데이터 처리부(390)는 이더넷 MAC(392), TCP/IP프로토콜 엔진(394) 및 원격검침부(396)로 이루어져 있으며 TCP/IP 통신 프로토콜 엔진에 의한 표준 프로토콜 접속이 가능하다. 여기서 상기 저속데이터 처리부(390)는 원격 검침과 같이고속의 통신이 요구되지 않는 기능을 수행하므로 안정되고 용이한 통신 접속 측면이 강조되어 TCP/IP와 같은 개방형 프로토콜 구조를 갖는다. 여기서 상기 원격검침부(396)는 아날로그형 전력량계와 전자식 전력량계에 대해 두가지로 적용할 수 있다. 즉, 아날로그형 원격검침부는 사용 전력량에 비례하여 발생하는 펄스 입력을 수신하여 이를 패킷화하는 것으로 이는 후술될 도 4에서 자세히 설명하기로 한다.
이에 비해 전자식 원격검침부는 전자식 전력량계에서 제공되는 통신(예, RS232통신)을 통해 전력량 검침 데이터를 송신하는 것 외에 유효, 무효전력등 보다 많은 전력 정보를 송신할 수 있으며 양방향 통신이 가능하다.
상기 텔레포니 처리부(370)는 전화 접속부(374), 음성부호화부(372) 및 텔레포니 프로토콜 엔진(376)을 포함하고, 일반전화기와 접속하여 아날로그 음성신호를 보코더를 이용하여 디지털 음성으로 변환하고 이를 패킷화하여 패킷연결기(320)로 전송한다.
여기서 상기 패킷연결기(320)는 텔레포니 처리부(370)로부터 입력되는 패킷은 다른 종류(저속데이터 및 고속데이터 처리부)의 패킷에 비해 우선적으로 처리한다. 즉, 상기 텔레포니 처리부(370)에서 출력되는 패킷이 전력선통신부(330)로 수신 또는 전력선 통신부(330)에서 텔레포니 처리부(370)로 전송되는 경우에는 상기 패킷연결기(320)는 다른 종류의 패킷 서비스를 잠시 중단하고 텔레포니 처리부(370)의 패킷을 우선적으로 처리한다.
상기와 같은 텔레포니 패킷의 우선 처리과정은 음성 패킷의 데이터가 있을 경우 연속적으로 송신되는 패킷과 패킷 전송 사이의 시간 간격을 이용하는 것이다.즉, 상기 저속데이터 처리부(390)는 이더넷 MAC(392) 및 TCP/IP 프로토콜 엔진(394)에 따라 대용량의 데이터를 송신할 때 일정 크기의 패킷 단위로 쪼개어 패킷연결기(320)로 보내게 된다. 여기서 상기와 같이 패킷 단위로 쪼개어 전송함은 통신의 에러가 발생 시 재전송을 해야 하는데 따른 효율성 제고를 위함이다.
그러므로 연속적으로 송신되는 패킷과 패킷 사이에는 일정 시간의 간격이 존재하게 되고 이 사이 간격에 옥외용 전력선 모뎀(334)에 의해 이더넷 스위치(352)로 제공되는 송신용 클럭 발생을 중지시키면 다음번 패킷의 전송이 중지되게 된다. 따라서 상기 패킷연결기(320)는 이와같이 이더넷 스위치(352)에 제공되는 송신 클럭을 제어함으로서 저속데이터 처리부(390) 및 고속데이터 처리부(350)의 연속되는 패킷들의 송신 사이에 음성 데이터를 송신할 수 있도록 한다. 이러한 과정은 패킷연결기(320)가 상기 고속데이터 처리부(350)에서 요청되는 연속적인 패킷을 처리할 때 주로 발생하는 것으로 이더넷 스위치(352)는 이더넷 스위치(352)와 연결된 메모리(354)에 저장된 데이터들을 계속적으로 송신해야 하는 흐름제어를 수행한다. 따라서 상기 패킷연결기(320)에서는 텔레포니 패킷이 입력되면 상기 이더넷 스위치(352)의 송신 기능을 잠시 중단토록 한다. 이를 위해 상기 패킷연결기(320)는 이더넷 스위치(352)에 입력되는 송신 클럭을 잠시 중지한다.
일반적으로 음성 데이터의 경우 패킷의 길이가 길지 않으므로 전력선 통신부(330)가 텔레포니용 패킷을 처리하기 위한 시간은 데이터 패킷에 비해 상대적으로 매우 짧으므로 패킷연결기(320)에서 이더넷 스위치(352)에 인터럽트를 발생시키더라도 상기 이더넷 스위치(352)는 통신 두절 상태까지로 인식하지는 않는다.
한편, 상기 텔레포니 처리부(370)의 텔레포니 통신 프로토콜 엔진은 표준 프로토콜과는 구분되는 별도의 통신 프레임으로 TCP/IP 계층을 통과하지 않고 물리적 계층과 데이터 링크 계층에서 직접 별도의 억세스 포인트를 통해 상위 텔레포니 프로토콜 엔진(394)으로 음성 데이터를 전달한다.
상기 텔레포니 처리부(370)의 음성부호화부(372)는 전화접속부(374)에서 입력된 음성신호를 1/Ts의 주기로 샘플링하고, 샘플링된 음성신호를 압축기법에 의해 디지털화 시켜서 매 Ts시간마다 디지털화 된 음성 데이터를 발생시킨다. 상기 텔레포니 프로토콜엔진(376)은 상기 음성부호화부(372)에서 1/Ts의 주기마다 디지털화 된 음성데이터를 n개 모아서 패킷화하여 패킷연결기(320)에 제공한다. 여기서 n의 수가 커질수록 음성 지연이 커지는 반면, n이 적을수록 통신 시도가 빈번해지므로 적절한 n값을 갖도록 조절하는 작업이 필요하다.
한편, 상기 패킷연결기(320)와 연결되는 고속데이터 처리부(350) 및 저속데이터 처리부(390)는 이더넷 MII(Machine Independent Interface)사양에 의해 송수신 신호가 연결된다. 상기 이더넷 MII는 기본적으로 송수신 데이터 신호, 송신클럭 신호, 송수신 데이터 유효신호로 구성된다. 입력신호는 수신데이터, 수신데이터 유효신호, 송수신 클럭이고, 출력신호로는 송신 데이터, 송신 데이터 유효 신호이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 아날로그형 전력량계용 원격 검침부의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 그 구성은 채터링 방지부(410), 펄스계수부(420), 패킷 생성부(430), 원격검침 패킷수신 확인부(450), 펄스카운팅 리셋요청부(460)를 포함한다.
상기 채터링 방지부(410)는 사용 전력량에 비례하여 발생되는 펄스신호에서 채터링을 제거하여 펄스계수부(420)로 제공한다. 상기 펄스계수부(420)는 채터링 방지부(410)로부터 채터링이 제거된 펄스 신호를 입력받아 이를 계수하여 후술될 패킷생성부(430)로 제공한다. 상기 패킷생성부(430)는 상위의 통신 집중장치로부터의 원격검침 데이터 요청을 받고 펄스계수부(420)로부터 전송된 펄스신호를 인가받아 일정한 크기의 패킷을 형성하여 패킷연결기(320)로 제공한다.
이때, 상기 패킷연결기(320)는 패킷 형태로 입력된 원격검침 정보를 전력선 통신부(330)로 제공하는 한편, 원격검침 패킷수신확인부(450)를 통해 패킷 수신을 확인하고 이를 펄스카운팅 리셋 요청부(460)에 제공한다. 따라서 펄스카운팅 리셋 요청부(460)는 펄스계수부(420)의 펄스 카운팅을 리셋함으로서 하나의 패킷 전송이 완료된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 적용되는 개방형 전력량계에서 사용되는 프로토콜 포맷을 보여주는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 상기 저속데이터 처리부(390), 고속데이터처리부(350) 및 텔레포니 처리부(370)는 동일한 물리계층(Physical)과 데이터 링크(Data link)를 사용하고 있다. 따라서 도 3에 도시된 바와같이 수신되는 프레임의 종류를 표시하는 필드를 추가하여 이 필드의 값에 따라 수신되는 프레임의 해당 처리부 즉,고속데이터 처리부(350), 저속데이터 처리부(390) 및 텔레포니 처리부(370)가 결정된다. 또한, 텔레포니 처리부(370)는 계층 3(network)이상부터는 일반적인 데이터와는 달리 TCP/IP 프로토콜을 거치지 않기 때문에 표준화 된 프로토콜이 사용 될 필요가 없다.
도 5b는 개방형 전력량계에 적용되는 또 다른 프로토콜로서, PLC PHY를 두 개로 분리하여 주파수 분할 방식을 PHY 1 과 PHY 2로 구분한다. 상기 PHY 1 과 PHY 2는 배타적인 주파수를 할당하여 사용하고, 상기 PLC PHY 2는 CDMA방식 또는 TDMA방식을 사용하도록 하여 QoS를 보장한다.
상기와 같이 PHY 1 과 PHY 2로 구분된 프로토콜은 도 5a에 비해 그 구성이 복잡하지만 PLC 방식 텔레포니의 QoS가 보장되므로 최상의 전화 라인으로 사용할 수 있다. 따라서 상기 텔레포니의 경우 물리적 계층부터 저속 및 고속 데이터 처리부와는 다른 경로로 처리되기 때문에 프레임 내부에 프레임의 종류를 나타내는 필드가 필요없고 통상 독자적인 프로토콜에 따라 프레임이 구성되고 처리된다.
이상에서 살펴본 바와같이 본 발명은 전력량계에 TCP/IP 프로토콜 엔진을 탑재함으로서 인터넷을 지원하고 인터넷에 의한 원격 검침과 함께 전화 및 데이터 통신이 가능하도록 물리적 계층과 데이터 링크 계층을 제안함으로서 저압 배전망을 통신 및 가입자망으로 활용할 수 있어 데이터 통신의 효율성을 높일 수 있다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구 범위에 기재된 본 발명의 사상과 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 옥내에 설치되어 전력 사용량을 측정하는 전력량계에 있어서,
    상기 전력량계의 전력량을 연산하는 전력량 연산부와,
    상기 전력량 연산부와 AC입출력측에 접속되며, 통신 프로토콜을 탑재하고 송신 및 수신되는 통신 프레임의 종류를 구분하여 고속 데이터 통신, 저속 데이터 통신 및 텔레포니 통신을 전력선 통신에 의해 수행하는 개방형 통신모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 개방형 전력량계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 개방형 통신모듈은
    전력선 신호에서 고주파의 전력선 통신신호를 분리하는 전력선 통신부;
    상기 전력선 통신부로 수신되는 통신 신호를 프레임 종류에 따라 해당 처리부로 데이터를 전달하고, 상위 처리부에서 입력되는 데이터를 프레임의 종류에 따라 패킷화하여 전력선 통신부로 제공하는 패킷연결기;
    상기 패킷 연결기와 접속되고, TCP/IP 프로토콜 엔진을 탑재하여 원격 검침 통신을 수행하는 저속데이터 처리부;
    상기 전력선 통신부와 통신을 수행하여 고속 데이터를 옥내의 통신단말로 전송하고, 상기 패킷연결기를 통해 고속 데이터를 옥외의 통신단말로 전송하는 고속 데이터처리부; 및
    외부 음성장치에 접속되고, 상기 접속된 음성장치로부터의 음성신호를 부호화하여 패킷연결기에 제공하고, 상기 패킷연결기로부터 입력되는 부호화 된 음성신호를 복호화하여 외부의 음성장치에 제공하는 텔레포니 처리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 개방형 전력량계.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전력선 통신부는
    옥내의 통신 단말로부터 제공되는 데이터를 전력신호에서 분리하고, 상기 분리된 데이터에 의해 고속데이터 처리부와 통신을 수행하는 옥내용 전력선모뎀; 및
    상기 패킷 연결기에서 제공되는 데이터를 옥외의 통신단말로 전송하고, 상기 옥외의 통신단말로부터 입력되는 데이터를 패킷 연결기로 제공하는 옥외 전력선모뎀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 개방형 전력량계.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 패킷연결기는
    상기 텔레포니 처리부에서 출력되는 패킷이 전력선통신부로 수신 및 전력선통신부에서 텔레포니 처리부로 음성 패킷이 전송될 경우 저속 및 고속의 다른 종류의 패킷 서비스를 잠시 중단하고 텔레포니 데이터를 우선적으로 처리하는 것을 특징으로 하는 개방형 전력량계.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 저속데이터 처리부는
    사용 전력량을 원격에서 검침하기 위한 원격검침부; 및
    상기 패킷연결기와 접속되어 TCP/IP 통신 프로토콜 엔진에서 제공되는 통신 프레임에 의해 저속의 데이터를 전송하고, 상기 패킷 연결기로부터 저속의 데이터를 수신하는 이더넷 MAC로 이루어진 것을 특징으로 하는 개방형 전력량계.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 텔레포니 처리부는
    외부의 전화장치에 통신 접속하는 전화 접속부;
    상기 전화접속부를 통해 제공되는 전화장치의 아날로그 음성신호를 입력받아 디지털화 된 음성 데이터를 발생하는 음성부호화부; 및
    상기 음성부호화부에서 디지털화 된 음성데이터를 패킷화하는 텔레포니 프로토콜 엔진으로 이루어진 것을 특징으로 하는 개방형 전력량계.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 고속데이터 처리부는
    패킷 연결기와 접속되어 통신에 따른 데이터의 흐름제어를 수행하는 이더넷 스위치;
    상기 이더넷 스위치의 흐름제어에 의해 입력되는 데이터를 임시 저장하는 메모리; 및
    이더넷 스위치의 흐름제어에 의해 제공되는 연속적인 패킷 데이터를 외부의 통신단말로 전송하는 이더넷 PHY로 이루어진 것을 특징으로 하는 개방형 전력량계.
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