KR100622986B1

KR100622986B1 - 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치

Info

Publication number: KR100622986B1
Application number: KR1020050003885A
Authority: KR
Inventors: 정종열; 전해군; 김광영
Original assignee: 한전케이디엔 주식회사
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-09-14
Also published as: KR20060083367A

Abstract

본 발명은 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치에 관한 것으로써, 변압기 2차측 전압 및 전류를 측정하는 3상 전압전류센서부; 전자식 전력량계에서 측정된 소비전력에 대한 데이터를 송신하는 전력선 통신모뎀부; 원격검침 제어서버와의 데이터 흐름을 제어하는 입출력 인터페이스부; 상기 수집된 데이터를 소정의 데이터로 가공하고, 변압기와 각 수용가의 전기공급 상태를 감시하는 중앙처리장치; 및 상기 데이터를 일시 저장하는 메모리부를 포함한다.

데이터 수집장치, 원격검침장치, HFC

Description

원격 검침 시스템의 데이터 수집장치{Multi Function Data Gathering Device of Automatic Meter Reading System}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격검침 시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수집장치의 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주상변압기에 검침 프로부가 구비된 상태를 나타낸 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로부의 분해도이다.

{도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명}

201 : 클럭 202 : 리셋

203 : 중앙처리장치 204 : RS-232C 드라이버

205, 206 : 인터페이스 207 : 상태표시부

208 : DIP 스위치부 209 : 외부표시부

210 : 메모리부 211 : 백업 배터리

212 : 입출력 인터페이스부 213 : 신호레벨 변환부

214 : 서버 통신부 215 : 3상 전압전류센서

216 : 보호회로 217 : 전압 및 전류 변성기

218 : 아날로그-디지털 변환부 219 : N상 커넥터

220 : 내부전원공급부 221 : PLC 모뎀부

본 발명은 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치에 관한 것으로써, 특히 각 가정에 설치되어 있는 전자식 전력량계의 각종 검침 데이터를 취득하여 이를 토대로 각 가정에서 사용되는 전기의 전력품질상태를 알 수 있으며 또한 변압기의 과부하를 감시할 수 있는 변압기의 전력상태관리를 할 수 있는 다기능 데이터 수집장치에 관한 것이다.

일반적으로, 원격 검침 시스템(remote meter reading system or telemetry system or Automatic Meter Reading system; AMR)이라 함은 멀리 떨어진 지점의 측정 대상으로부터 측정 결과를 전기적 신호로 변환하여 통신 네트워크를 통해 데이터를 전송하고, 그 데이터를 컴퓨터에서 처리하는 것을 말한다. 원격 검침은 통신기술, 센싱기술, 컴퓨터 기술의 발달로 새로운 정보통신서비스로 발전되고 있으며, 최근에는 공해감시, 방범, 방재, 전력, 상수도, 가스 계통에서 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 원격 검침 시스템은 사용되는 통신방식에 따라 통신선로가 없는 무선 방식과, 통신선로가 있는 유선방식으로 분류된다. 유선방식은 사용되는 통신선로의 종류에 따라 전력선방식, CATV용 케이블방식, 전용선방식, 전화선방식 등으로 분류된다.

유선방식들 중 전력선방식은 전력선 통신(Power Line Communication; PLC)을 이용하는 방식으로서, 전력회사에서 가정이나, 공장, 사무실 등에 전기를 공급하기 위해 사용되는 전력선을 신호 전송로로 활용하여 검침하는 방식이다.

전력선 통신은 상용 교류신호를 전송매체(media)로 하여 전력선으로 데이터를 통신하는 방식으로서, 상용 교류전원인 60Hz의 정현파와 통신신호(예컨대, 수십 KHz)를 다중화하여 동시에 전송하므로, 전원선을 통해 전원이 공급되는 곳에서는 어디에서나 통신이 가능하다.

원격 검침/제어 서버는 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)를 기반으로 데이터 통신을 수행할 수 있도록 제공되는 데이터 통신망(예컨대, 기간망, 사설망, 인터넷망 포함)을 통해 다수의 데이터 수집장치와 상호 접속된다. 이러한 원격 검침/제어 서버는 데이터 통신망을 통해 데이터 수집장치와 실시간으로 데이터 송수신을 수행하며, 이를 통해 각 수용가의 전력 상태를 실시간으로 모니터링(monitoring)하는 것이 가능하다.

그리고, 원격 검침/제어 서버는 데이터 수집장치로부터 각 수용가의 검침 데이터를 실시간으로 제공받는다. 이러한 검침 데이터를 기초로 하여 각 수용가의 전력 상태, 예컨대 정전, 공가(빈집), 도전, 누전 상태 등을 분석하여 관리자에게 제공한다. 여기서, 검침 데이터로는 하나의 데이터 집중화 장치에 할당된 모든 수용 가의 월별, 주간별, 야간별, 날짜별, 시간대별 사용 전력량의 총합, 각 수용가별 사용 전력량, 순시 전력량 등이 될 수 있으며, 이 외에도 각 수용가의 전력 품질을 파악할 수 있는 모든 데이터가 포함될 수 있다.

그러나, 종래의 원격검침 시스템의 데이터 수집장치는 각 수용가의 전력량을 검침한 후 검침된 데이터를 고속으로 데이터 수집장치로 보내고 이를 케이블 망을 이용하여 원격검침 서버로 전송하는 기능만을 하는 시스템이었다. 따라서, 선로나 가정내 인입되는 케이블 및 변압기 이상에 대해서 감지할 수 있는 방법이 없었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로써, 원격검침을 포함한 효율적인 선로운용 및 저압선로의 고장정보 취득, 변압기 과부하등의 정보를 취득할 수 있는 데이터 수집장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치는 변압기에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 3상 전압전류센서부; 전자식 전력량계에서 측정한 소비전력에 대한 데이터를 송신하는 전력선 통신모뎀부와, 원격검침 제어서버와의 데이터 흐름을 제어하는 입출력 인터페이스부; 상기 수집된 데이터를 소정의 데이터로 가공하고, 변압기와 각 수용가의 전기공급 상태를 감시하는 중앙처리장치; 및 상기 데이터를 일시 저장하는 메모리부를 포함한다.

본 발명에서 상기 중앙처리장치는 상기 중앙처리장치를 동작시키기 위한 클럭과 초기화시키기 위한 리셋부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 데이터 수집장치의 상태를 표시하기 위한 상태표시부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 상태 표시부는 외부에서 시각적으로 상기 데이터 수집장치의 상태를 인식하도록 하는 발광소자 및 상기 데이터 수집장치의 기기번호 인식을 위한 딥 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 중앙처리장치는 외부에서 상기 데이터 수집장치 내 펌웨어(firmware) 등을 업그레이드하기 위한 장치와 통신하기 위해 직렬통신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 메모리부는 백업 배터리에 의해 전원이 공급되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 입출력 인터페이스부는 원격검침 제어서버에서 전송되는 신호를 상기 데이터 수집장치 내부의 신호레벨에 맞도록 변경하는 신호레벨 변환부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 3상 전압전류센서부에서 입력되는 전압 및 전류값은 전압 및 전류변성기에 의해 소정의 전압 및 전류값으로 강하되고, 아날로그-디지털 변환부에 의해 디지털 데이터화되어 처리되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 3상 전압전류센서에 인가된 전류를 디지털 변환하여 내부전원으로 변경하는 내부전원공급부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수집장치가 구비된 원격검침 시스템의 구성도이다.

상기 실시예는, 데이터 수집장치(105)는 전주(103)상에 설치되는 위치와, 상기 데이터 수집장치(105)가 각 통신모듈과 연결되는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 각각의 수용가에(107) 구비되어 있는 전자식 전력량계(108)는 상기 각 수용가(107)가 사용한 전력량을 검침하고, 각 수용가(107)마다 연결되어 있는 전력선을 이용한 PLC모뎀(201)을 통한 유선통신방법을 이용하거나 RF모뎀을 이용한 무선통신 방법을 이용하여 상기 전력량에 대한 데이터를 각 변압기에 구비된 데이터 수집장치(105)로 전송한다.

상기 데이터 수집장치(105)는 각 가정에 설치되어 있는 전자식 전력량계(108)의 각종 검침 데이터를 상위 시스템에 전송하는 기능뿐만 아니라 변대주당 변압기 상태 데이터를 취득하여 전자식 전력량계(108)의 계측정보와 비교 분석하고 이를 토대로 각 가정에서 사용되는 전기의 전력품질상태를 알 수 있으며 변압기당 전력상태관리를 할 수 있다.

상기 데이터 수집장치는 효율적인 시스템 운영을 하기 위하여 주기능인 검침 데이터의 전송뿐만 아니라 저압선로의 선로운영 및 과부하상태, 고장정보 등을 광동축 혼합망(hybrid fiber coax, 이하, 'HFC'라 한다)을 이용하여 검침서버로 전송하고, 시스템의 자가진단기능을 가지고 있어 각 수용가의 전력상태를 감시하여 수용가 전력 상태정보도 운영 시스템 서버로 전송한다.

또한, 전력소비가 많은 냉방설비 및 정보화 장비 같은 기기들의 급증으로 인해 전력수요가 급격히 늘어나 변압기별 전력수요예측과 전압관리 등에 문제점이 도출될 수 있고, 변압기가 과부하로 소손되는 이상상태를 감지하기 위하여 변압기당 전력측정장치와 각종 센서(온도센서, 변압기 진동 감지센서 등)를 사용하여 전력 관리 시스템에 효율성을 가한다.

상기 데이터 수집장치는 변압기에서 인가되는 3상 전압 및 전류를 측정하고, 각 가정의 전자식 전력량계에 연결된 PLC모뎀과 통신을 한다.

상기 실시예에서, 데이터 수집장치는 크게 중앙처리장치(203), 상태표시부(207), 메모리부(210), 외부 입출력 인터페이스부(212), 3상 전압전류센서(215) 및 아날로그-디지털 변환부(218)를 포함한다.

상기 실시예는, 상기 데이터 수집장치의 각 구성부분을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 주상변압기에서 인가되는 전기는 3상 전압전류센서(215)로 입력된다. 상기 3상 전압전류센서(215)는 3상 전기의 전압 및 전류가 입력되는 곳으로 A상, B상, C상 각각을 측정하는 것이 바람직하다.

상기 입력되는 전압, 전류는 매우 크기 때문에 회로 내부에 영향을 줄 수가 있다. 따라서 바로 입력되는 것보다는 보호회로(216)를 거쳐서 입력되는 것이 바람직하다. 상기 보호회로(216)는 상기 주상변압기에서 인가되는 전압을 이상전압으로 바꿔주고 서지(surge), 버1스트(burst)등의 노이즈를 효과적으로 차단한다.

상기 주상 변압기에서 3상 전압 및 전류를 측정하는 방법은 도 3에서 도시된 바와 같은 방법에 의하게 되는데, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 수집장치가 주상 변압기의 전압 및 전류상태를 체크하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 상기 데이터 수집장치는 검침 프로부를 이용하여 각 상의 전압, 전류를 검침한다. 상기 검침 프로부의 자세한 구조는 도 4에 도시되어 있다. 상기 프로부에 대한 구체적인 내용은 본 발명의 요지를 벗어나는 것으로 판단되므로 자세한 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.

상기 보호회로(216)를 거친 3상 전압 및 전류는 각각 전압용 변성기와 전류용 변성기(217)로 입력된다. 상기 변성기는 직접 측정할 수 없는 고전압·대전류를 측정하기 쉬운 전압·전류로 변환하는 장치로써, 고전압·대전류를 측정할 경우에 필요하다. 이것들 모두의 기본 구조는 변압기와 같다. 일반적으로 변환되는 전압· 전류는 측정하기 쉽도록 계기용변압기에서는 110V, 변류기에서는 1A 또는 5A를 적정 값으로 하고 있으나, 본 발명에서는 0~200mV내에 값을 정하는 것이 바람직하다.

상기 전압 및 전류변성기(217)에 의해 강하된 전압 및 전류값은 아날로그-디지털 변환부(218)에서 디지털값으로 변경된다.

상기 변경된 디지털 값은 소정의 데이터로 가공하기 위해서 메모리부(210)에 일시 저장된다. 상기 메모리부(210)는 롬(ROM)과 램(RAM)의 조합으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 메모리는 당업자의 수준에 맞추어 다양하게 구현되는 것이 가능하나 본 발명에서는 EEPROM과 SRAM을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 메모리부(210)에 저장된 데이터는 소정의 데이터로 가공되기 위해 중앙처리장치(203)로 이동된다. 상기 중앙처리장치(203)는 현재 변압기 및 가정에 공급된 전력의 각종 데이터를 환산하는 것으로써, 동기화된 동작을 위해 소정의 클럭(201)이 제공되며 시스템의 리셋을 위한 리셋(202)이 구비된다. 상기 클럭 주파수는 25Mhz를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 중앙처리장치(203)에는 소정의 직렬통신을 위한 모듈(204)이 구비될 수 있다. 상기 직렬통신을 위한 모듈(204)은 시스템 내부의 펌웨어(firmware)나 소프트웨어를 업그레이드하기 위한 것으로써, 본 발명에서는 RS-232C를 이용한다. 물론 상기의 구성에 한정되지 않은 것은 자명한 일이다.

상기 중앙처리장치(203)는 외부 입출력 인터페이스부(212)와 연결된다. 상기 외부 입출력 인터페이스부(212)는 외부통신모듈과 연결되어 외부와 데이터를 송수신하는 것을 가능하게 한다. 상기 입출력 인터페이스부는 2개의 채널이 구비되는데 하나는 원격검침 제어서버와의 데이터 통신을 위한 채널이고, 다른 하나는 가정용 전력량계와 통신하는 PLC 모뎀부와 데이터를 송수신하기 위한 채널이다.

상기 중앙처리장치(203)는 상기 각 통신모듈에서 수집된 데이터와 상기 계측에 의해 검침된 데이터를 이용하여 변압기의 상태를 감시하여 효율적인 데이터 처리 선로 운용 및 저압선로의 고장정보 취득, 과부하정보를 취득한다.

서버 통신부(214)는 원격검침 제어서버와 연결되어 검침한 데이터 및 가공한 데이터의 결과를 원격검침 제어서버로 송, 수신하는 역할을 한다. 상기 전송된 데이터는 원격검침 시스템의 관리자에게 제공되어 각 시스템의 제어에 이용된다.

상기 외부 입출력 인터페이스부(212)는 PLC모뎀부(221)와 연결되는데, 상기 PLC 모뎀부는 3상 커플러와 PLC통신모듈(도면 미도시)을 포함한다. 상기 3상 커플러는 변압기에서 입력되는 3상 전기를 하나의 신호로 멀티플렉싱하여 PLC 통신모듈을 통하여 각 수용가로 전송하고, 상기 PLC통신 모듈은 가정에 설치된 전자식 전력량계에서 전송되는 데이터를 수신한다.

상기 입력되는 각 상중 하나의 상에는 내부전원공급부(22)가 연결된다. 상기 내부전원공급부(220)는 상기 입력되는 교류전류를 직류전류로 변경하여 데이터 검침장치의 내부전원으로 사용한다. 상기 내부전원은 5V정도가 바람직하다.

상기 서버 통신부(214)와 상기 입출력 인터페이스부(212) 사이에는 신호를 소정의 값으로 변환하는 신호 레벨 변환부(213)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 중앙처리장치(203)는 상태표시부(207)와 연결된다. 상기 상태표시부(207)는 PLC, ADC, HFC, 변압기 각 상의 상태를 표시하기 위한 장치로써, 외부에 시각적인 표시를 하기 위한 외부 표시부(209)와 기기의 주소를 설정하기 위한 딥 스위치(208)가 제공된다. 상기 외부 표시부(209)는 발광소자로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 발광소자는 알기를 원하는 상태의 개수에 따라 구비하는 것이 바람직하나 본 발명에서는 PLC모뎀부를 통한 데이터의 송수신 내역, HFC를 통한 서버의 연결 상태 및 데이터 송수신 내역, 시스템 초기화 여부, 전원상태를 나타내는 발광소자와 펌웨어의 다운로드 중 데이터의 송수신 여부 등을 나타내는 발광소자를 구하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각 수용가의 전자식 전력량계의 검침 데이터를 전력선통신 모뎀을 통하여 원격으로 검침하고 이 검침 데이터를 HFC망을 이용하여 검침서버로 전송하는 기능뿐만 아니라 데이터 수집장치가 있는 변대주의 변압기 상태의 이상 유무를 감시할 수 있게 변압기의 사용정보 데이터를 원격검침 서버로 전송하여 효율적인 선로운용 및 저압선로의 고장정보 취득, 과부하등의 정 보를 취득할 수 있다.

Claims

변압기에 인가되는 전압 및 전류를 측정하는 3상 전압전류센서부; 전자식 전력량계에서 측정된 수용가의 소비전력에 대한 데이터를 송신하는 전력선 통신모뎀부와 원격검침 제어서버와의 데이터 흐름을 제어하는 입출력 인터페이스부; 상기 수집된 데이터를 소정의 데이터로 가공하고, 각 통신모듈에서 수집된 데이터와 계측에 의해 검침된 데이터를 이용하여 변압기의 상태를 감시하여 데이터 처리선로 운용 및 저압선로의 고장정보 및 과부하 정보를 취득하며, 변압기와 각 수용가의 전기공급 상태를 감시하는 중앙처리장치; 및 상기 데이터를 일시 저장하는 메모리부를 포함하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 1항에 있어서, 상기 중앙처리장치는 상기 중앙처리장치를 동작시키기 위한 클럭과 초기화시키기 위한 리셋부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 1항에 있어서, 상기 데이터 수집장치의 상태를 표시하기 위한 상태표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 3항에 있어서, 상기 상태 표시부는 외부에서 시각적으로 상기 데이터 수집장치의 상태를 인식하도록 하는 발광소자 및 상기 데이터 수집장치의 기기번호 인식을 위한 딥 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 1항에 있어서, 상기 중앙처리장치는 외부에서 상기 데이터 수집장치 내 펌웨어(firmware) 등을 업그레이드하기 위한 장치와 통신하기 위해 직렬통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 1항에 있어서, 상기 메모리부는 백업 배터리에 의해 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 1항에 있어서, 상기 입출력 인터페이스부는 원격검침 제어서버에서 전송되는 신호를 상기 데이터 수집장치 내부의 신호레벨에 맞도록 변경하는 신호레벨 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 1항에 있어서, 상기 3상 전압전류센서부에서 입력되는 전압 및 전류값은 전압 및 전류변성기에 의해 소정의 전압 및 전류값으로 강하되고, 아날로그-디지털 변환부에 의해 디지털 데이터화되어 처리되는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.
제 1항에 있어서, 상기 3상 전압전류센서에 인가된 전류를 디지털 변환하여 내부전원으로 변경하는 내부전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 시스템의 데이터 수집장치.