KR100794602B1 - 시스템 에어컨의 피크전력 운전장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스템 에어컨의 피크전력 운전장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 피크전력 제어 시 실내기 운전상태에 따라 실내기 운전모드를 자동으로 변경하여 실내환경을 최대한 쾌적하게 유지하도록 하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 복수의 실내기를 가지는 시스템 에어컨의 운전방법에 있어서, 복수 실내기에서 소비되는 전력량을 측정하여 피크전력 제어인가를 판단하고, 피크전력 제어인 경우 각 실내기의 운전상태를 검지하고, 검지된 운전상태에 기초하여 각 실내기의 운전모드를 결정하고, 결정된 운전모드에 따라 각 실내기의 운전모드를 변경하는 것이다.

Description

시스템 에어컨의 피크전력 운전장치 및 그 제어방법{Apparatus for operating demand power of system air-conditioner and control method thereof}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 제어 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 운전제어 블록도,

도 3은 본 발명에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 운전제어를 위한 동작 흐름도,

도 4A 및 도 4B는 본 발명에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 제어 시 운전모드 변경을 위한 냉난방 온도그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 실외기 20 : 실내기

30 : 디멘드 제어기 40 : 경보릴레이

50 : 인터페이스모듈 60 : 중앙제어기

61 : 경보레벨 검지부 62 : 운전상태 검지부

63 : 운전제어부 64 : 운전모드 판단부

65 : 운전제어 명령부

본 발명은 시스템 에어컨의 피크전력 운전에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피크전력 제어 시 실내기 운전상태에 따라 실내기 운전모드를 자동으로 변경하여 실내환경을 보다 쾌적하게 유지하기 위한 시스템 에어컨의 피크전력 운전장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 에어컨은 실내의 냉방 또는 난방을 위한 목적으로 사용되는 장치로, 실내기 및 실외기 상호간에 냉매를 순환시켜 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하며 액화할 때에 그 열을 방출하는 특성에 의하여 냉방 또는 난방운전을 수행한다.

통상의 에어컨은 하나의 실외기에 하나의 실내기를 설치하는 것이 일반적이나, 최근에는 하나 또는 하나 이상의 실외기에 다양한 형태와 용량을 갖는 복수의 실내기를 연결하여 학교나 회사, 그리고 병원과 같이 분리된 공간이 다수 개 존재하는 대형 건물에 대하여 각각 냉방 또는 난방운전을 수행하는 멀티 시스템 에어컨(Multi system air conditioner)에 대한 사용자의 요구가 증가하는 추세이다.

이러한 시스템 에어컨은 전력소비량이 크기 때문에 시스템 에어컨을 설치한 수용가는 전력관리를 위해 전기공급회사인 한국전력으로부터 계약전력을 공급받아 각종 설비(예를 들어, 시스템에어컨)들을 가동시킨다. 이때 한국전력은 주계량기를 원격 검침하여 각 수용가의 소비전력량을 파악하는데 전기사용량이 급증하는 계절(예를 들면 6월 내지 8월)에 15분 평균 소비전력량이 계약에서 정한 관리전력량을 초과할 경우 할증요금을 부과하고 있다.

이를 방지하기 위해 수용가에 마련되는 수전설비에서는 15분 평균 소비전력량을 관리전력량 이하가 되도록 조절하는데, 수전설비는 수용가에서 소비하는 순시 소비전력을 검지하여 소정시간동안 수용가에서 소비하는 평균 소비전력이 관리전력량을 넘지 않도록 제어하는 디멘드 제어기와, 디멘드 제어기의 제어신호에 의해 연결되거나 차단되고, 수용가의 각 부하(예를 들어, 시스템 에어컨의 압축기)와 연결된 복수의 릴레이를 구비하는 경보릴레이를 포함한다.

이러한 수전설비가 설치된 수용가로 전력이 공급되면 디멘드 제어기는 순시 소비전력을 검지하고 검지된 소비전력량 데이터를 분석하여 15분 평균 소비전력량이 관리전력량을 초과할 것인지를 분석한다. 그리고 위의 분석에서 15분 평균 소비전력량이 관리전력량을 초과할 것으로 예상되면 경보릴레이의 복수 릴레이 중에서 특정 부하와 연결된 릴레이를 차단하여 수용가 전체의 소비전력량을 낮춤으로써 15분 평균 소비전력량이 관리전력량을 넘는 것을 방지하였다.

또한, 복수의 릴레이 중에서 시스템 에어컨에 연결된 릴레이가 차단되면 시스템 에어컨의 압축기와 전원 공급선을 연결하는 마그네트 컨택터의 연결이 끊어지도록 하여 압축기로 공급하는 전력을 차단하였다.

그러나, 이러한 피크전력 제어방식을 시스템 에어컨에 적용하여 소비전력을 낮추기 위해 마그네트 컨택터의 연결을 끊으면 복수의 실내기 중에서 일부의 실내기는 수용가 전체의 소비전력을 낮추기 위해 소비전력을 제어하는 대상이 아님에도 불구하고 소비전력의 감소를 위해 오프되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도입한 방법이 시스템 에어컨의 피크제어 알 고리즘으로 피크 경고가 발생할 경우 실내기들이 어떤 운전을 할 것인지 미리 지정하여 피크 경고가 발생하면 실내기의 소비전력량을 줄이기 위해 미리 지정된 운전모드에 따라 실내기의 전원을 끄거나 강제로 송풍으로 전환하고 피크 경고가 지속되는 동안 이 운전상태를 유지한다.

그런데, 이러한 종래 시스템 에어컨의 피크전력 제어방법은 피크 경고가 발생하여 실내기의 운전모드를 사용자가 임의로 지정한 운전 오프나 송풍모드로 강제 전환한 후, 이러한 운전을 피크 경고가 지속되는 동안 실내온도에 상관없이 유지하게 되면 실내의 쾌적성은 현저히 떨어지게 된다.

예를 들어, 겨울철 난방 중에 피크 경고가 발생하여 실내기 운전모드를 송풍으로 전환하게 되면, 실내온도는 더욱 현저히 떨어지게 되고 이때 토출되는 바람을 사용자는 아주 차가운 바람으로 인식하여 제품에 대한 불만이 커지게 되며, 또한 실내기 운전모드를 오프로 전환하여도 방금 전까지 충분한 난방운전을 한 실내기의 열을 이용할 수 있는 시간을 무시하는 문제점이 있다.

냉방 때도 이와 유사한 문제점을 가지는데, 실내온도에 상관없이 송풍을 지속하다 보면 천정에 설치되는 시스템 에어컨의 특성상 위의 뜨거운 바람을 사용자에게 보내는 역기능이 나타나게 되며, 아직 충분한 냉방이 되지 않은 상태에서 송풍을 하게 되면 뜨거운 바람이 나오는 선풍기와 같은 역할을 하게 되어 사용자의 불만이 커지게 된다.

이와 같이, 종래 시스템 에어컨의 피크전력 운전방법은 전력감소가 주 목적이기 때문에 전력을 상승시킬 수 있는 사용자의 제어를 차단하는 로크기능을 가지고 있어 사용자는 불편함을 참을 수 밖에 없으며, 이후 피크 경고가 해제되어도 이전의 운전상태로 돌아가는 것이 아니라 마지막에 제어된 운전 오프나 송풍운전을 지속하므로 실내환경을 쾌적하게 유지할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 시스템 에어컨의 피크전력 제어 시 실내기 운전상태에 따라 실내기 운전모드를 자동으로 변경하여 실내환경을 최대한 쾌적하게 유지할 수 있는 시스템 에어컨의 피크전력 운전장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 실내기를 가지는 시스템 에어컨의 운전방법에 있어서, 복수 실내기에서 소비되는 전력량을 측정하여 피크전력 제어인가를 판단하고, 피크전력 제어인 경우 각 실내기의 운전상태를 검지하고, 검지된 운전상태에 기초하여 각 실내기의 운전모드를 결정하고, 결정된 운전모드에 따라 각 실내기의 운전모드를 변경하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 실내기의 운전상태를 검지하는 것은, 운전 중인 실내기의 현재 운전모드, 실내온도, 실내열교환기 입출구 온도 등을 검지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 실내기의 운전모드를 결정하는 것은, 검지된 실내열교환기 입출구 온도와 실내온도의 차에 따라 피크전력 제어온도를 산출하고, 산출된 피크전력 제어온도가 미리 정해진 피크목표온도에 도달할 때까지 각 실내기의 운전모드를 현재 운전모드에 가깝게 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실내기의 운전모드를 현재 운전모드에 가깝게 유지하는 것은, 난방운전 시 상기 피크전력 제어온도가 피크목표온도로 떨어질 때까지 전동변 개도를 최소로 유지하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 복수 실내기에서 소비되는 전력량을 측정하여 피크전력 제어인가를 판단하는 디멘드 제어기; 피크전력 제어인 경우 각 실내기의 운전상태를 검지하는 운전상태 검지부; 검지된 운전상태에 기초하여 각 실내기의 운전모드를 결정하는 운전모드 판단부; 및 결정된 운전모드에 따라 각 실내기의 운전모드를 변경하는 운전제어 명령부;를 포함한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 제어 구성도로서, 시스템 에어컨이 설치된 수용가에서 소비하는 순시 소비전력을 검지하여 수용가 전체에서 소정시간동안 소비하는 평균 소비전력량이 전기공급회사와의 계약전력량인 기준 소비전력량 보다 작도록 관리하는 디멘드 제어기(30)와, 디멘드 제어기(30)의 제어신호에 의해 연결되거나 차단되는 복수의 릴레이로 이루어진 경보릴레이(40)와, 경보릴레이(40)의 접점상태에 상응하는 경보신호를 발생시키는 인터페이스모듈(50)과, 인터페이스모듈(50)의 경보신호에 연계하여 시스템 에어컨의 동작을 제어하는 중앙제어기(60)를 포함한다.

수용가는 복수의 실외기(10)와, 복수의 실외기(10)에 연결된 복수의 실내기(20) 및 기타 부하로 이루어져 있다.

디멘드 제어기(30)는 검지된 순시 소비전력의 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것인지를 예상한다. 예를 들어 15분 동안의 기준 소비전력량이 300kVA이고, 15분 중에서 10분 동안 수용가에서 소비한 평균 소비전력량이 270kVA로 측정되면 수용가의 소비패턴으로 볼 때 15분 평균 소비전력량이 300kVA를 초과할 가능성이 상당히 큰 것으로 예상한다.

이처럼 수용가의 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 판단되면 디멘드 제어기(30)는 수용가의 소비전력을 낮추기 위해 소비전력 관리대상 순서가 된 부하의 운전상태를 저전력 운전모드 또는 운전정지모드로 변경한다. 소비전력 관리대상 순서는 각 부하마다 설정되어 있으며 이 순서는 디멘드 제어기(30)에 저장되어 있다. 따라서 디멘드 제어기(30)는 수용가의 소비전력을 낮추기 위해 소비전력 관리대상의 순서가 빠른 부하부터 소비전력 관리대상으로 하여 운전상태를 변경시키고, 시스템 에어컨이 소비전력 관리대상 순서가 되면 시스템 에어컨의 소비전력을 감소시키도록 제어한다.

소비전력 관리대상 순서가 된 부하의 운전상태를 저전력 운전모드 또는 운전정지모드로 변경하기 위해 디멘드 제어기(30)는 경보릴레이(40)를 이용하는데 경보릴레이(40)의 각 릴레이는 수용가의 부하와 연결되어 있다. 따라서 디멘드 제어기(30)의 제어명령에 의해 경보릴레이(40)의 각 릴레이가 연결되거나 차단되면 각 릴레이에 연결된 부하의 운전상태도 변경된다. 이러한 방식으로 디멘드 제어기(30)는 수용가 전체의 소비전력량을 조절한다.

인터페이스모듈(50)은 경보릴레이(40)와 연결되어 경보릴레이(40)를 모니터링 하고, 경보릴레이(40)의 접점상태에 상응하는 경보신호를 중앙제어기(60)로 전송한다. 접점상태에 상응하는 경보신호는 시스템에어컨의 전력을 관리하기 위해 마련된 릴레이 중에서 몇 개의 릴레이가 차단되고 몇 개의 릴레이가 연결되었는지에 대한 신호이다.

즉, 경보신호는 릴레이의 접점상태에 따라 다른 경보레벨을 가지는데, 예를 들어 시스템에어컨을 관리하는 릴레이 중에서 많은 수의 릴레이가 차단상태이면 높은 등급의 경보레벨이고, 적은 수의 릴레이가 차단이면 상대적으로 낮은 등급의 경보레벨이다.

상기 중앙제어기(60)는 디멘드 제어기(30)로부터 시스템 에어컨의 전력사용상태를 전달받아 피크전력 제어 시 실내기(20) 운전상태에 따라 실내기(20)의 운전모드를 결정하여 실내기(20)의 운전상태를 결정된 운전모드로 자동 변경하는 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 운전제어 블록도이다.

도 2에서, 중앙제어기(60)는 인터페이스모듈(50)에서 전송된 경보신호의 경보레벨을 검지하는 경보레벨 검지부(61)와, 복수 실내기(20)의 운전상태를 검지하는 운전상태 검지부(62)와, 경보레벨 검지부(61)에서 검지한 경보레벨 및 운전상태 검지부(62)에서 검지한 실내기(20) 운전상태를 이용하여 시스템 에어컨의 동작을 제어하는 운전제어부(63)와, 상기 운전상태 검지부(62)에서 검지한 실내기(20) 운전상태에 따라 실내기(20)의 운전모드를 결정하는 운전모드 판단부(64)와, 상기 운전모드 판단부(64)에서 결정된 운전모드로 실내기(20)의 운전모드를 변경하기 위한 운전명령을 실내기(20)에 전달하는 운전제어 명령부(65)를 포함한다.

상기 운전제어부(63)는 경보레벨 검지부(61)에서 검지된 경보레벨을 파악하여 피크전력 제어 시 상기 운전상태 검지부(62)에서 검지된 실내기(20)의 운전상태(현재 운전모드, 실내온도, 설정온도, 열교환기 입출구 온도 등)를 파악하여 상기 운전모드 판단부(64)에 전달한다.

상기 운전모드 판단부(64)는 운전제어부(63)에서 전달된 실내기(20)의 운전상태(현재 운전모드, 실내온도, 설정온도, 실내열교환기 입출구 온도 등) 값들을 이용하여 실내기(20) 운전모드를 결정한다.

이하, 상기와 같이 구성된 시스템 에어컨의 피크전력 운전장치 및 그 제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 운전제어를 위한 동작 흐름도이다.

디멘드 제어기(30)는 수용가 전체 부하의 소비전력을 측정하여(S100) 15분 평균 소비전력량이 미리 정해진 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되는가를 판단한다(S102).

상기 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과하지 않을 것으로 판단되면 S100으로 피드백되어 수용가 전체 부하의 소비전력을 계속해서 측정하고, 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 판단되면 시스템 에어컨이 소비전력 관리대상 순서가 되었는가를 판단한다(S104).

상기 판단결과, 시스템 에어컨이 아닌 다른 부하가 소비전력 관리대상 순서가 되었다면 해당 부하의 운전모드를 저전력 운전모드로 전환시키거나 해당 부하의 운 전을 정지시킨다(S106).

그러나 시스템 에어컨이 소비전력 관리대상 순서가 되었다면 디멘드 제어기(30)는 경보릴레이(40)에서 릴레이를 차단하기 위한 제어신호를 경보릴레이(40)에 전송하여 릴레이를 차단시키고, 인터페이스모듈(50)은 경보릴레이(40)를 모니터링 하다가 시스템 에어컨과 관련된 릴레이가 차단되면 차단된 릴레이 수에 상응하는 경보레벨을 설정하여 경보레벨 검지부(61)로 전달한다(S108).

이러한 상태에서, 운전상태 검지부(62)는 실내기(20)의 운전상태(현재 운전모드, 실내온도, 설정온도, 열교환기 입출구 온도 등)를 검지하여 운전제어부(63)에 전달하고, 운전제어부(63)는 경보레벨 검지부(61)에서 검지된 경보레벨을 파악하여 피크 경고레벨 발생 시 상기 운전상태 검지부(62)에서 검지된 실내기(20)의 운전상태(현재 운전모드, 실내온도, 설정온도, 열교환기 입출구 온도 등)를 운전모드 판단부(64)에 다시 전달한다.

따라서, 상기 운전모드 판단부(64)는 운전제어부(63)에서 전달된 실내기(20)의 운전상태(현재 운전모드, 실내온도, 설정온도, 실내열교환기 입출구 온도 등) 값들을 이용하여 실내기(20)의 운전모드를 결정한다(S110).

상기 운전모드 판단부(64)에서 실내기(20)의 운전상태에 따라 운전모드가 결정되면, 냉난방 운전 중인 실내기(20)의 운전상태를 결정된 운전모드로 자동으로 변경하여 피크 경고가 발생하더라도 최대한 실내환경을 쾌적하게 유지하도록 제어한다(S112).

상기 운전모드 판단부(64)에서 실내기(20) 운전모드를 결정하여 실내기(20)의 운전모드를 자동으로 변경하는 방법은 아래와 같다.

먼저, 난방운전일 경우

(실내열교환기 입출구 평균온도 - 실내온도)×모델계수 = △T로 산출한다.

여기서, △T는 시스템 에어컨의 피크전력 제어 시 실내기(20)의 운전모드를 결정하기 위한 제어온도 값이고, 모델계수는 각 실내기(20)의 운전모델에 따른 상수값이다.

이때, 산출된 제어온도(△T)가 미리 정해진 제1난방 피크목표온도(Th1;피크전력 제어 시 난방효과를 얻을 수 있는 최대온도)보다 높으면 실내기(20)의 운전을 기존 난방운전으로 유지하면서 전동변은 최소개도로 유지하고, 이러한 난방운전을 지속하다가 제어온도(△T)가 제1난방 피크목표온도(Th1)보다 낮고 미리 정해진 제2난방 피크목표온도(Th2;피크전력 제어 시 난방효과를 얻을 수 있는 최저온도)보다 높으면 실내기(20)의 운전을 송풍운전으로 전환하면서 전동변을 닫는다. 이후 제어온도(△T)가 제2난방 피크목표온도(Th2)보다 낮아지면 실내기(20)를 운전 오프한다(도 4A 참조).

다음, 냉방운전일 경우 난방운전과 마찬가지로

(실내열교환기 입출구 평균온도 - 실내온도)×모델계수 = △T로 산출한다.

이때, 산출된 제어온도(△T)가 미리 정해진 제1냉방 피크목표온도(Tc1;피크전력 제어 시 냉방효과를 얻을 수 있는 최대온도)보다 높으면 실내기(20)의 운전을 오프하고, 제어온도(△T)가 제1냉방 피크목표온도(Tc1)보다 낮으면 실내기(20)의 운전을 송풍운전으로 전환하면서 전동변을 닫는다(도 4B 참조).

이와 같이, 실내기(20)의 운전상태에 따라 실내기(20)의 운전모드를 자동으로 변경하여 운전하는 중에 디멘드 제어기(30)는 다시 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되는가를 판단하여(S114), 여전히 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 판단되면 디멘드 제어기(30)는 상기 S108로 피드백되어 릴레이를 차단하도록 하는 제어신호를 경보릴레이(12)에 전송하여 릴레이를 차단시킨 후 이후의 동작을 반복하여 진행한다.

상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 시스템 에어컨의 피크전력 운전장치 및 그 제어방법에 의하면, 시스템 에어컨의 피크전력 제어 시 실내기 운전상태에 따라 실내기 운전모드를 자동으로 변경하여 실내환경을 최대한 기존 운전모드에 가깝게 유지하여 실내 공조효율을 극대화할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 복수의 실내기를 가지는 시스템 에어컨의 운전방법에 있어서,

   복수 실내기에서 소비되는 전력량을 측정하여 피크전력 제어인가를 판단하고,

   피크전력 제어인 경우 운전 중인 실내기의 현재 운전모드, 실내온도, 실내열교환기 입출구 온도 중 적어도 하나를 검지하여 각 실내기의 운전상태를 검지하고,

   검지된 운전상태에 기초하여 각 실내기의 운전모드를 결정하고,

   결정된 운전모드에 따라 각 실내기의 운전모드를 변경하는 것을 특징으로 하는 시스템 에어컨의 피크전력 운전제어방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 각 실내기의 운전모드를 결정하는 것은,

   검지된 실내열교환기 입출구 온도와 실내온도의 차에 따라 피크전력 제어온도를 산출하고,

   산출된 피크전력 제어온도가 미리 정해진 피크목표온도에 도달할 때까지 각 실내기의 운전모드를 현재 운전모드에 가깝게 유지하는 것을 특징으로 하는 시스템 에어컨의 운전제어방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 실내기의 운전모드를 현재 운전모드에 가깝게 유지하는 것은,

   난방운전 시 상기 피크전력 제어온도가 피크목표온도로 떨어질 때까지 전동변 개도를 최소로 유지하는 것을 특징으로 하는 시스템 에어컨의 피크전력 운전제어방법.
5. 복수 실내기에서 소비되는 전력량을 측정하여 피크전력 제어인가를 판단하는 디멘드 제어기;

   피크전력 제어인 경우 운전 중인 실내기의 현재 운전모드, 실내온도, 실내열교환기 입출구 온도 중 적어도 하나를 검지하여 각 실내기의 운전상태를 검지하는 운전상태 검지부;

   검지된 운전상태에 기초하여 각 실내기의 운전모드를 결정하는 운전모드 판단부; 및

   결정된 운전모드에 따라 각 실내기의 운전모드를 변경하는 운전제어 명령부;를

   포함하는 시스템 에어컨의 피크전력 운전장치.

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