KR100821825B1 - 총체적 에너지 관리 시스템에서의 전력 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업전반에 네트워크(Network)를 구축, 개별현장의 관제시스템을 인터넷 데이터 센터의 통합서버를 통하여 모든 설비의 무인 원격관리를 할 수 있는 총체적 에너지 관리 시스템에 있어서, 종합품질, 화재, 전력컨디션, 출력감쇄 및 선로품질인 전력품질 5대 알고리즘을 지수화하여 계측, 진단, 분석, 감시 및 예지운전을 행하도록 함으로써 기존의 에프터 서비스(After service)가 아닌 사전 서비스(Before service)가 가능한 총체적 에너지 관리 시스템에서의 전력 감시 시스템에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 인터넷망을 통하여 통합 서버와 연결되는 전력감시시스템, 최대 수요전력 제어시스템, 설비관제 모빌 시스템, 분전반 감시 제어 시스템, 보안시스템 및 조명제어 시스템을 포함하는 총체적 에너지 관리시스템에 있어서, 상기 전력감시 시스템은 수배전반 내부에 설치하되, 전압, 전류, 역률, 피크, 불평형률, 부하율, 무효전력, 유효전력, 온도, 주파수, 경보상태의 요소 측정, 차단기(CB) 온/오프, 판넬 및 변압기 온도제어, 피크, 역률제어, 계량기 펄스 입력, 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 디지털 전력계측제어기와, 누설전류 측정, 다수 접점 출력, 다단계 경보 설정, 이벤트 발생 시 경보 발생시간, 누설전류 측정, 통신에 의한 경보 리셋 및 릴레이 제어 출력 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 누전경보기와, 다수개 채널의 입력상태 감시, 각 채널별 설정, 출력릴레이와 연동 및 인터페이스 통신이 가능한 입력 릴레이 유닛 및 다수개 채널의 온/오프 제어, 각 채널별 설정, 입력 릴레이와 연동 사용, 디지털 전력계측제어기와 연동 시 역률, 피크제어 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 입, 출력 릴레이 유닛과, 현재파형 측정, 이벤트 발생 시 사고파형 측정, 사고 종류(순간정전(Sag), 순간과전압(Swell), 부족전압, 영구정전) 측정 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 파형캡처기와, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수, 종합품질지수에 대응하는 신호를 감지하는 센서부와, 전력감시 시스템의 계측자료 저장, 전력품질분석 알고리즘을 이용한 연산, 사고정보 관리 및 분석자료 제공 및 이벤트처리를 위한 무인 운전, 계측장비와 디지털 그래픽 시스템 및 전력품질 분석시스템의 인터페이스를 담당하고 시스템 운전에 필요한 모든 정보를 저장 관리하는 메인 콘트롤러와, 수배전반의 디지털화로 산재된 방대한 정보를 효과적으로 분석하여 정보시각화를 위하여 디지털 그래픽 기술로 구현함과 동시에 계측장비의 디스플레이부를 통합하여 터치스크린에서 운전 및 조작할 수 있도록 일원화하여 전력관리를 행하는 디지털 그래픽 시스템과, 계측장비에 의해 계측된 각종 정보 중 전력품질에 관련된 정보(전압, 전류, 역률, 불평형률, 피크, 유효 및 무효전력, 부하율, 주파수 온도 를 실시간 감시정보)를 분석하여 안전운전에 필요한 모든 정보를 저장, 분석 관리하는 전력품질 분석시스템(PC)을 포함하여 구성된 것이다.

전력감시 시스템, 메인 콘트롤러, 디지털전력계측제어기, 입출력 릴레이 유 닛

Description

총체적 에너지 관리 시스템에서의 전력 감시 시스템{Monitering RF power system in Global Energy Management System}

본 발명은 총체적 에너지 관리 시스템에서의 전력 감시 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 산업전반에 네트워크(Network)를 구축, 개별현장의 관제시스템을 인터넷 데이터 센터의 통합서버를 통하여 모든 설비의 무인 원격관리를 할 수 있는 총체적 에너지 관리 시스템에 있어서, 종합품질, 화재, 전력컨디션, 출력감쇄 및 선로품질인 전력품질 5대 알고리즘을 지수화하여 계측, 진단, 분석, 감시 및 예지운전을 행하도록 함으로써 기존의 에프터 서비스(After service)가 아닌 사전 서비스(Before service)가 가능한 총체적 에너지 관리 시스템에서의 전력 감시 시스템에 관한 것이다.

현재 전기업계는 아날로그 시대에서 이제 디지털 시대로 급변하고 있으며,

이는 전력계통의 중전기기 분야 또한 예외는 아니다.

최근에 와서, 디지털 계전기, 디지털 전력량계의 원격검침의 발전 상황을 보면 중전기기의 디지털화가 급속도로 이루어지고 있음을 쉽게 알 수가 있다.

수배전반도 마찬가지로 초기에는 아날로그(analog) 방식으로 모든 조작이 수 동적으로 이루어졌으나, 90년대 중반부터 현재까지 일체화, 전자화 및 디지털화가 급속하게 진행되어 왔다.

이에 따라 수배전반 내에 마이크로프로세서(micro-processor)가 내장되기에 이르렀으며 수많은 데이터가 내부에서 처리되고 있다.

컴퓨터의 급속한 발달로 인해 이러한 데이터 저장 시스템(data storage system)에는 사람이 파악하고 판단하기에는 불가능할 정도로 매우 방대하고 다양한 데이터가 존재하고 있으며 이런 수많은 데이터들은 그룹 화되고 분류될 필요성이 있다.

어떠한 정보시스템에서 사용자뿐만 아니라 개발자 또한 시스템 구현을 위해서 이런 수많은 데이터를 효과적으로 관리할 필요성이 있다.

따라서 정보시각화(information visualization)는 하나의 새로운 연구 분야가 되었으며, 그에 따른 세부 분야도 지속적으로 연구 중에 있다.

또한 그래픽적인 기법을 도입함으로서 교육적 효과도 기대할 수가 있다. 개발자와 사용자 모두가 보다 쉽게 정보를 파악하고 공유하는 것은 매우 중요한 일이지만 최근까지 국내 수배전반 개발은 계측기기의 정보시각화 관점에서 접근한 것이 아니라 계측 값을 단지 보여주는 수준에 불과하였다.

수배전반 내부에는 여러 가지 장비가 통합되어 있으며 특히 변압기가 포함되어 있으므로 과부하, 혹은 절연물 열화에 의해 변압기 사고로 이어질 수 있는 요소들이 항시 존재하고 있다.

그러나, 실제 중소규모 수용가용 수배전반에는 현장 운영자가 아예 없거나 있더라도 전기에 대한 전문적인 지식이 없거나 혹은 수준이 낮은 초보자가 대부분이다. 사용자의 욕구에 맞추어 수배전반은 날이 갈수록 전문화되며 발전하고 있으나 실제 현장 운영자에게 효과적인 정보전달은 사실상 힘든 실정이다.

위험 요소를 사고가 발생하기 이전에 분석하고 예방하는 것이 무엇보다 중요하다.

기존 수배전반의 경우 위급상황이 발생하면 현장 운영자가 상태를 손쉽게 파악하고 조치를 취하기가 힘들었고, 따라서 사고의 파급은 더욱 더 확산될 수 있는 위험을 가지고 있었다. 수배전반의 전력 상태의 실시간 정보를 효과적으로 보여주며 사고를 사전에 예방하기 위한 목적에서 수배전반의 측정데이터들의 정보시각화는 반드시 이루어져야 할 사항이다.

국내의 경우, 특히 배전계통의 전력감시 시스템 구성 시 정보 시각화적인 접근에 관한 체계적인 연구는 거의 전무한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 산업전반에 네트워크를 구축, 개별현장의 관제시스템을 인터넷 데이터 센터의 통합서버를 통하여 모든 설비의 무인 원격관리를 할 수 있는 총체적 에너지 관리 시스템에 있어서, 종합품질지수, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수인 전력품질 5대 알고리즘을 지수화하여 계측, 진단, 분석, 감시 및 예지운전을 행하도록 함으로써 기존방식과 같은 에프터 서비스(After service)가 아닌 사전 서비스(Before service)가 가능한 전력감시 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 상기 종합품질지수는 화재, 전력컨디션, 출력감쇄, 선로품질지수를 백분율로 지수화하여 전력의 종합품질을 나타내고, 화재지수는 화재를 유발할 수 있는 누설전류, 변압기(TR)온도, 과전압, 결상, 접촉 불량을 화재 알고리즘에 의해서 화재 위험도를 지수로 표시하며, 전력컨디션 지수는 전력운전 상태를 파악할 수 있는 전압, 부하율, 역률, 불평형률, 고조파를 전력컨디션 알고리즘에 의해서 지수로 표시하고, 출력감쇄 지수는 출력을 방해하는 부하율, TR손실, TR온도, 역률, 불평형률을 출력감쇄 알고리즘에 의해서 지수로 표시하며, 선로품질지수는 전압, 왜형률, 불평형률을 선로품질 알고리즘에 의해서 지수로 표시함을 나타낸다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 인터넷망을 통하여 통합 서버와 연결되는 전력감시시스템, 최대 수요전력 제어시스템, 설비관제 모빌 시스템, 분전반 감시 제어 시스템, 보안시스템 및 조명제어 시스템을 포함하는 총체적 에너지 관리시스템에 있어서, 상기 전력감시 시스템은 수배전반 내부에 설치하되, 전압, 전류, 역률, 피크, 불평형률, 부하율, 무효전력, 유효전력, 온도, 주파수, 경보상태의 요소 측정, 차단기(CB) 온/오프, 판넬 및 변압기 온도제어, 피크, 역률제어, 계량기 펄스 입력, 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 디지털 전력계측제어기와, 누설전류 측정, 다수 접점 출력, 다단계 경보 설정, 이벤트 발생 시 경보 발생시간, 누설전류 측정, 통신에 의한 경보 리셋 및 릴레이 제어 출력 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 누전경보기와, 다수개 채널의 입력상태 감시, 각 채널별 설정, 출력릴레이와 연동 및 인터페이스 통신이 가능한 입력 릴레이 유닛 및 다수개 채널의 온/오프 제어, 각 채널별 설정, 입력 릴레이와 연동 사용, 디지털 전력계측제어기와 연동 시 역률, 피크제어 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 입, 출력 릴레이 유닛과, 현재파형 측정, 이벤트 발생 시 사고파형 측정, 사고 종류(순간정전(Sag), 순간과전압(Swell), 부족전압, 영구정전)측정 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 파형캡처기와, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수, 종합품질지수에 대응하는 신호를 감지하는 센서부와,

디지털 수배전반의 디지털 기기시스템의 계측자료 저장, 전력품질분석 알고리즘을 이용한 연산, 사고정보 관리 및 분석자료 제공 및 이벤트처리를 위한 무인 운전, 계측장비와 디지털 그래픽 시스템 및 전력품질 분석시스템의 인터페이스를 담당하고 시스템 운전에 필요한 모든 정보를 저장 관리하는 메인콘트롤러과,

수배전반의 디지털화로 산재된 방대한 정보를 효과적으로 분석하여 정보시각화를 위하여 디지털 그래픽 기술로 구현함과 동시에 계측장비의 디스플레이부를 통합하여 터치스크린에서 운전 및 조작할 수 있도록 일원화하여 전력관리를 행하는 디지털 그래픽 시스템과, 계측장비에 의해 계측된 각종 정보 중 전력품질에 관련된 정보(전압, 전류, 역률, 불평형률, 피크, 유효 및 무효전력, 부하율, 주파수 온도 를 실시간 감시정보) 를 분석하여 안전운전에 필요한 모든 정보를 저장, 분석 관리하는 전력품질 분석시스템(PC)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 인터넷망을 통해 무선데이터를 전송하는 무선데이터 전송장치를 더 포 함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 콘트롤러는 Embedded Linux 기반으로 365일 / 24시간 운영체제로 구축하고, 상기 디지털 그래픽 시스템이나 전력품질 분석시스템(PC)이 없는 기반에서 무인 운전할 수 있도록 하는 O/S 시스템과, 메인 콘트롤러에 연결되어 있는 계측장비 정보와 터치스크린 및 주변 연동 PC, 원격감시 시스템 정보를 파일과 메모리에서 관리하고, 모든 환경정보를 얻을 수 있도록 하여 정보 이중보유를 배제하고, 별도의 환경설정 시스템을 통하여 환경정보를 설정 및 변경함으로써 주변 환경변화에 따른 프로그램 수정은 수반되지 않도록 하는 환경부와, 계측장비로부터 실시간 수집하는 정보를 저장하는 임시 메모리로 장비처리부의 데이터 계측부에서 정보를 저장하고, 저장된 정보는 모든 연산처리 및 이벤트 처리하는 프로세스에서 공유하도록 하는 데이터 버퍼 에어리어와, 메인 콘트롤러에서 공통으로 사용하는 정보를 저장하는 임시메모리로 정보를 열람하는 횟수가 많거나 정보의 동기화가 필요한 항목을 선정하여 통일된 방법으로 공유메모리에 저장하는 데이터 공유 메모리 에어리어와, 디지털 계측장비, 디지털 그래픽 시스템, 전력품질분석 시스템, 원격전력감시 시스템과 통신을 담당하는 통신부와, 디지털계측장비의 데이터를 수집하는 데이터 계측부, 계측장비 설정 및 제어하는 계측장비 제어부, 디지털계측장비와 디지털 그래픽 시스템 간 전문처리를 위한 통신 전문 변환부, 디지털계측장비 통신 상태관리를 관리하는 통신감시부로 구성되고, 디지털 계측장비의 제어는 원방에서 제어명령을 내리거나 피크 및 역률과 같이 설정 값에 의하여 제어를 하는 경우에는 시스템에서 판단하여 제어명령을 내리는 장비 처리부와, 수집된 데이터의 분석, 알고리즘에 의한 지수산출, 경보 이벤트 발생, 자료저장을 전담하는 데이터 중앙 연산 처리부와, 디지털계측장비 설정 값 변경, 시스템 조작, 시스템 제어의 주요사항에 대하여 모든 전문내용을 로깅(Logging)하는 데이터 로깅부와, 전력로봇에 저장하는 모든 파일의 정보를 관리하는 파일 관리부와, 메인콘트롤러에 연동되는 입력 전문, 파일 전수송, 환경설정정보를 관리하는 입, 출력 처리부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인콘트롤러에 탑재된 전력분석 알고리즘의 산출과정은 디지털 계측장비로부터 자료를 수집하고 수집한 정보를 버퍼 및 공유메모리에 저장하는 제1단계와, 각 지수 산출 알고리즘과 연동하여 산출 후 결과 값을 종합하여 종합지수를 산출하는 제2단계와, 화재지수를 산출(항목 : 누설전류, TR온도, 과전압, 결상, 접촉불량)(수배전반 화재발생 가능성 지수)하는 제3단계와, 전력컨디션지수를 산출(항목 : 전압, 부하율, 역률, 불평형률, 고조파)(수배전반 부하상태 지수)하는 제4단계와, 출력감쇄지수를 산출(항목 : 부하율, TR손실, TR온도, 역률, 불평형률)(전력품질에 대한 지수)하는 제5단계와, 선로품질지수를 산출(항목 : 전압, 왜형률, 불평형률)(전력선로의 효율성 지수)하는 제6단계와, 종합품질지수를 산출(화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수 값의 종합값 지수)하는 제7단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인콘트롤러에 탑재된 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수 산출 과정은 정보수집 검증단계와, 상기 정보수집 검증단계 이후 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수 산출 연산부를 통해 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수, 종합품질지수를 산출하는 단계와, 지수산출 단계 이후 정상범위 여부를 판별하여 경보업무처리 및 경보해제처리를 순차적으로 행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인콘트롤러의 환경 설정 과정은 메인콘트롤러 네트워크 정보 및 메인콘트롤러 데이터 저장방법을 설정하는 메인콘트롤러 환경 설정단계와, 책임자 ID/Password 설정(Admin -등록, 변경, 시스템제어 기능)및 일반사용자 ID/Password를 설정(조회기능Only)하는 사용자 정보 설정단계와, 디지털 계측장비 네트워크 및 설정치(전력계측, 누설전류, 파형캡처기 장비 네트워크설정)설정, 입,출력, 릴레이 유닛 네트워크 및 채널(입출력 접점, 스위치 종류, 제어방법 설정)설정, 카메라 및 기타 장비를 설정하는 디지털 계측기 설정 단계와, 전력품질분석 지수(정상, 일반경보, 주의경보, 긴급경보 범위 설정)설정 및 표준관리 값(관리목표치, 정상, 일반, 주위, 긴급경보범위설정)을 설정하는 지수/표준관리 값 설정단계와, 디지털 수배전반 시스템 장비 이력 입력, 변압기 부속장비 이력 입력, 설치일 및 최종 점검일을 설정하는 장비 이력 설정단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력감시 시스템의 환경 설정 과정은 시리얼포트 또는 LAN포트에 의해 전력로봇 접속 및 전력로봇 네트워크 IP 설정(초기에는 고장IP 사용)하는 메인콘트롤러 네트워크 설정단계와, 고객 명(업체명)설정 및 사용자 ID, Password를 설정(총괄책임자만 설정가능)하는 사용자 정보 설정단계와, 디지털 계측장비 네트워크 설정(포트, ID, 채널 통신방법) 및 디지털 계측장비 부하 명을 설정하는 디지털 계측 장비 설정단계와, 수배전반에 부착되는 스위치 종류 및 정보 설정, 스위치 네트워크를 설정(포트, ID, 채널 통신방법)하는 스위치 설정단계와, 디지털 수배전반 형식 설정 및 디지털 수배전반 주요장비 이력을 설정하는 수배전반 이력 설정단계(S44)와, 전력품질분석 지수 경보단계 범위 설정, 표준관리를 위한 관리 목표치 및 경보단계 설정, 디지털 계측장비 초기 설정 값을 설정하는 표준관리 초기값 설정단계와, 웹기반 전력관리 서비스 네트워크 설정(웹 주소 설정) - 웹기반 전력관리 접속 ID 및 Password를 설정하는 웹기반 전력관리 서비스 설정단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 전력품질 분석시스템(PC)과 메인콘트롤러간의 업무처리를 위한 환경설정은 모든 정보를 전력로봇에 집중하여 보관하고, 공유메모리에 저장하며,

상기 메인콘트롤러가 초기 가동 시에는 환경파일을 읽어서 공유메모리에 보관하며 공유메모리에 저장되어 있는 정보에 의하여 계측정보 수집, 시스템 제어, 환경정보 요청 시 요청하는 시스템에게 제공하도록 함을 특징으로 한다.

또한 상기 메인콘트롤러에서 디지털 전력계측제어기로부터 요청 시 자료수집 과정은 전력로봇의 요구에 의하여 정보를 전송하며 정보수집 스케줄은 상기 메인콘트롤러에서 관리하고, 상기 메인콘트롤러에서는 디지털 전력계측제어기의 특성과 정보의 중요도에 따라 스케줄을 달리하도록 함을 특징으로 한다.

또한 상기 디지털 전력계측제어기에서 메인콘트롤러로 전송 시 자료수집 과정은 파형캡처기에서 전력 파형을 감시하다가 상기 파형에서 문제 발생 시 즉시 사고파형을 추출하여 메인콘트롤러로 전송하도록 함을 특징으로 한다.

또한 상기 인터넷 망을 통한 종합 전력감시 정보를 휴대가 가능한 이동통신기기로 감시하도록 하는 인터넷 감시수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 계측장비 정보는 종류, 장비ID 및 포트번호, 전문양식, 자료수집 타임, 스위치 조작환경, 입, 출력 릴레이 유닛인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 데이터 중앙 연산 처리부는 데이터의 정합성 감시 및 디지털계측기기 경보 이벤트를 처리하는 감시부와, 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수를 산출하는 지수 연산부와, 전력품질분석 알고리즘에 의한 이벤트 발생 및 해제 처리하는 경보 처리부와, 고주파 사고파형 이벤트에 대한 계측정보를 관리하는 사고 정보부와, 메인콘트롤러 및 전력품질분석 시스템 간 전문을 변환하는 전문 변환부와,

각종 데이터를 연산하여 처리하는 데이터 연산부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 전력감시 시스템은, 기술적 파급효과로서, 국내 전력의 품질은 상당히 고급화 되어 있는 수준이나, 그의 활용 및 사용하는 고객 측면에서의 안전한 관리 및 사용은 상당히 뒤떨어져 있는 것이어서, 대부분의 수용가들이 전기를 공급해주는 수배전반에는 신경을 쓰지 않으므로 본 발명은 전기의 안정적인 공급 및 사용에 상당히 기여하게 될 것이다.

또한, 경제적 파급효과로서, 기존의 아날로그 계측기류를 완전히 퍼지 자동화하여 계측 및 제어 데이터를 정확히 산출하므로써, 제품의 신뢰성을 제고하였으며, 아날로그 계기류의 표시부를 삭제하여 터치스크린 시스템에 내장하여 약간의 추가 비용이 소요되지만, 제품화 시 약 20년간 수명이 보장될 것으로 예상되므로 제품의 품질 향상 및 안전성 면에서 보면 오히려 더 저렴한 제품을 공급할 수 있는 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 실시 예의 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 총체적 에너지 관리 시스템(Global Energy Management System)(이하 GEMS 라 약칭함)의 전체 계통도를 나타낸 것으로서, 총체적 에너지 관리 시스템(GEMS)은 산업분야의 모든 설비를 웹(Web)기반으로 감시 제어하는 시스템으로서, 산업전반에 네트워크를 구축, 개별현장의 관제시스템을 인터넷 데이터 센터(IDC)의 통합서버를 통하여 모든 설비의 무인 원격관리를 할 수 있는 산업분야 통합관제시스템이다.

즉, 산업현장에 다양하게 산재되어 있는 설비의 시스템을 통합하여 감시, 제어, 분석, 예측을 원활하게 운용할 수 있는 통합관리시스템으로서, 공간적, 시간적 한계가 존재하지 않는 통신 기반에너지 산업시설관리 체계를 구축하기 위한 시스템이다.

특히, RFID/USN, IT기술의 융복합화 및 에너지관리기법의 현대화, 자동화(SI)로 에너지 낭비요소를 최대한 억제하고, 현재 산업자원부 주관으로 개발 중인 국가전략과제인 전력 IT 과제에 본 발명에 따른 총체적 에너지 관리시스템을 결합하여 미래 u-City 구현이 가능하도록 하기 위한 것이다.

도1에 도시한 바와 같이 본 발명에 관련된 총체적 에너지 관리 시스템은

인터넷망(100)을 이용하여 전력설비의 실시간 감시, 제어 및 자기진단 기능을 수행하고, 실시간 다수개 전력요소 감시, 진단으로 사고를 사전 예방하며, 피크, 누전감시 예지운전으로 전기요금을 절감하고, 실시간 데이터베이스(DB)구축 및 인공지능(AI) 알고리즘의 탑재로 최적화 운전을 행하며, 실시간 데이터, 동화상 및 시뮬레이션 데이터를 제공하는 전력감시시스템(10)과, 전력사용기기의 전력사용량 정보를 분석하여 기준치 이상의 부하 발생 시 제어를 통하여 전력사용량과 전력요금을 절감하고, 소정시간(15분) 디맨드(demand) 관련 상황을 원격 감시 제어하며, 전력 부하의 효율적 관리 및 원격감시서비스 통한 원격 감시 및 진단 서비스를 제공하는 최대 수요전력 제어시스템(20)과, 학교(예로서 A,B,C 학교를 도시함), 관공서(예로서 교육청), 건물 각종 시설물에 대한 상태감시 및 단계별 경보체계를 통해 시설물을 안정적으로 운영 및 관리하는 설비관제 모빌 시스템(30)과, 전기화재의 주요 원인인 분전반의 부하를 집중 감시 및 제어하여 사고를 사전에 예방하고, 원격감시서비스와 연동으로 전력 정보 종합 서비스를 제공하며, 수배전설비와 연동하여 지능형 모니터링 시스템을 운용하고, 예지경보 이벤트를 문자메시지서비스(SMS)를 통하여 통보하는 분전반 감시 제어 시스템(40)과, 서버내장형 네트워크 카메라로 현장의 상황을 실시간 중계하고 웹브라우져로 실시간 확인 및 저장하는 보안시스템(50)과,

건물 내 층별 그룹 조명을 웹을 통하여 온/오프 제어하여 에너지 절감과 인력의 효율적 운전으로 운영비용을 절감하도록 무인 운전을 행하는 조명제어 시스템(60)으로 구성되어 인터넷망(100)을 통해 사업시행사(300), 주무관청(400), 통합서버(200)를 관제하고, 상기 통합서버(200)를 통하여 지역지사 상황실(500)과 총체적 에너지 관리시스템(GEMS)상황실(600)과 연계되도록 이루어진다.

도2는 본 발명에 관련된 총체적 에너지 관리시스템의 동작 흐름도를 나타낸 것으로서, 인터넷망(100)과의 접속 여부를 판별(S100)하여 접속 상태이면 선택된 각 시스템의 동작을 관제 및 제어하도록 동작된다(S300).

예로서 전력감시시스템(10)이 선택된 경우는, 전력설비의 실시간 감시, 제어 및 자기진단 기능을 수행하고, 실시간 다수개 전력요소 감시, 진단으로 사고를 사전 예방하며, 피크, 누전감시 예지운전으로 전기요금을 절감하고, 실시간 데이터베이스(DB)구축 및 AI 알고리즘의 탑재로 최적화 운전을 행하며, 실시간 데이터, 동화상 및 시뮬레이션 데이터를 제공한다(S400).

다음에, 최대 수요전력 제어시스템(20)이 선택된 경우는, 전력사용기기의 전력사용량 정보를 분석하여 기준치 이상의 부하 발생 시 제어를 통하여 전력사용량과 전력요금을 절감하고, 소정시간(15분) 디맨드 관련 상황을 원격 감시 제어하며, 전력 부하의 효율적 관리 및 원격감시서비스 통한 원격 감시 및 진단 서비스를 제공한다(S500).

만일, 설비관제 모빌 시스템(30)이 선택된 경우는, 각 A,B,C 학교, 관공서, 건물 각종 시설물에 대한 상태감시 및 단계별 경보체계를 통해 시설물을 안정적으로 운영 및 관리한다(S600).

분전반 감시 제어 시스템(40)이 선택된 경우는, 전기화재의 주요 원인인 분전반의 부하를 집중 감시 및 제어하여 사고를 사전에 예방하고, 원격감시서비스와 연동으로 전력 정보 종합 서비스를 제공하며, 수배전설비와 연동하여 지능형 모니터링 시스템을 운용하고, 예지경보 이벤트를 SMS를 통하여 통보한다(S700).

보안시스템(50)이 선택된 경우는, 서버내장형 네트워크 카메라로 현장의 상황을 실시간 중계하고 웹브라우져로 실시간 확인 및 저장을 하게 된다(S800).

조명제어 시스템(60)이 선택된 경우는, 건물 내 층별 그룹 조명을 웹을 통하여 온/오프 제어하여 에너지 절감과 인력의 효율적 운전으로 운영비용을 절감하도록 무인 운전을 행한다(S900).

또한, 부가요소로서 인터넷 감시 수단(80)은 이동 중에도 현장 정보 및 이벤트 상황을 실시간 확인 가능하도록 한다(S1000). 즉 휴대가 가능한 PDA, 휴대폰, 노트북PC를 기반으로 전력감시(설비관리) 업무를 수행하고, 상기 PDA, 휴대폰, 노트북PC를 활용하여 언제 어디서든 전력감시를 안전하게 관리하도록 한다.

또한 인터넷망(100)을 통해 사업시행사(300), 주무관청(400), 통합서버(200)를 관제하고, 상기 통합서버(200)를 통하여 지역지사 상황실(500)과 총체적 에너지 관리시스템(GEMS)상황실(600)과 연계되어 종합적으로 관리한다(S1100).

도3은 본 발명에 따른 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템(10)의 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 이는 수배전반 내에 디지털 전력계측제어기(전압, 전류, 전력, 불평형률, 유효전력, 주파수, 역률, 부하율, 판넬 온도 요소 계측)(11)와, 입, 출력 릴레이 유닛(입력 및 출력 접점 제어 및 감시)(12)와, 전력의 고조파 계측장비(순간정전(Sag), 순간과전압(Swell), 부족전압, 영구정전, 현재 파형을 측정) 및 누전 경보기(누설전류 측정)(13)를 설치하여, 전력품질분석 알고리즘을 탑재한 메인콘트롤러(16)와 연동하여 전력감시와 품질분석 및 운전상태의 진단, 분석, 경보 이벤트를 그래픽으로 표현하는 전력 종합관리 시스템이다.

디지털 수배전반의 감시 및 운전은 디지털 그래픽 시스템(17)에서 처리하며 원격에서 전력을 종합적으로 분석 할 수 있는 기능을 탑재하고 있으며, 프로그램 수정 없이 디지털 계측기기 및 기타 장비의 증설, 변경, 삭제가 용이 하도록 구성되어 있는 장점이 있으며 시스템 구성요소는 다음과 같다.

도3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 전력감시 시스템(10)은 인터넷 망(100)을 통하여 웹 서버(201), B/L 서버(202), C/S 서버(203) 및 D/B 서버(204)를 포함하는 통합서버(200)와 연결되며, 다음과 같이 구성된다.

전압, 전류, 역률, 피크, 불평형률, 부하율, 무효전력, 유효전력, 온도, 주파수, 경보상태 요소 측정, 차단기(CB) 온/오프, 판넬 및 변압기 온도제어, 피크, 역률제어, 계량기 펄스 입력, 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 디지털 전력계측제어기(11)와, 누설전류 측정, 다수개 접점 출력, 3단계 경보 설정, 이벤트 발생 시 경보 발생시간, 누설전류 측정, 통신에 의한 경보 리셋 및 릴레이 제어 출력 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 누전경보기(12)와, 다수개 채널의 입력상태 감시, 각 채널별 설정, 출력릴레이(OR206)와 연동 및 인터페이스 통신이 가능한 입력 릴레이 유닛 및 다수개 채널의 온/오프 제어, 각 채널별 설정, 입력 릴레이와 연동 사용, 디지털 전력계측제어기와 연동 시 역률, 피크제어 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 입, 출력 릴레이 유닛(13)과, 현재파형 측정, 이벤트 발생 시 사고파형 측정, 사고 종류 (순간정전(Sag), 순간과전압(Swell), 부족전압, 영구정전) 측정 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 파형캡처기(14)와, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수, 종합품질지수에 대응하는 신호를 감지하는 센서부(15)와, 전력감시 시스템의 계측자료 저장, 전력품질분석 알고리즘을 이용한 연산, 사고정보 관리 및 분석자료 제공 및 이벤트처리를 위한 무인 운전, 계측장비와 디지털 그래픽 시스템(17) 및 전력품질 분석시스템(PC)(18)의 인터페이스를 담당하고 시스템 운전에 필요한 모든 정보를 저장 관리하는 메인콘트롤러(16)와, 수배전반의 디지털화로 산재된 방대한 정보를 효과적으로 분석하여 정보시각화를 위하여 디지털 그래픽 기술로 구현함과 동시에 계측장비의 디스플레이부를 통합하여 터치스크린에서 운전 및 조작할 수 있도록 일원화하여 전력관리를 행하는 디지털 그래픽 시스템(17)과, 계측장비에 의해 계측된 각종 정보 중 전력품질에 관련된 정보(전압, 전류, 역률, 불평형률, 피크, 유효 및 무효전력, 부하율, 주파수 온도를 실시간 감시정보)를 분석하여 안전운전에 필요한 모든 정보를 저장, 분석 관리하는 전력품질 분석시스템(PC)(18)을 포함하여 구성된다.

또한, 무선데이터를 전송하는 인터넷 망(100)을 통해 전송하는 무선데이터 전송장치(19)를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 인터넷 망(100)을 통한 종합 전력감시 정보를 PDA, 휴대폰, 노트북PC 휴대가 가능한 이동통신기기로 감시하도록 하는 인터넷 감시수단(80)을 더 포함하여 구성된다.

또한, 통합 서버(200)에는 GEMS 상황실인 전력감시 종합상황실(600)이 연계된다.

도4는 본 발명에 따른 전력감시시스템의 전력품질분석 알고리즘 산출과정을 나타낸 흐름도이다.

도시와 같이 디지털 계측장비, 전력의 고조파 계측장비, 누설 경보기의 계측 정보를 이용하여 수배전반 운영상태, 전력감시와 품질분석, 경보이벤트, 사고파형 을 지수로 표현하는 시스템으로서, 알고리즘 산출과정은 다음과 같다.

디지털 계측장비로부터 자료를 수집하고 수집한 정보를 버퍼 및 공유메모리에 저장하는 제1단계(S1)와, 각 지수 산출 알고리즘과 연동하여 산출 후 결과 값 을 종합하여 종합지수를 산출하는 제2단계(S2)와, 화재지수를 산출(항목 : 누설전류, TR온도, 과전압, 결상, 접촉불량)(수배전반 화재발생 가능성 지수)하는 제3단계(S3)와,

전력컨디션지수를 산출(항목 : 전압, 부하율, 역률, 불평형률, 고조파)(수배전반 부하상태 지수)하는 제4단계(S4)와, 출력감쇄지수를 산출(항목 : 부하율, TR손실, TR온도, 역률, 불평형률)(전력품질에 대한 지수)하는 제5단계(S5)와, 선로품질지수를 산출(항목 : 전압, 왜형률, 불평형률)(전력선로의 효율성 지수)하는 제6단계(S6)와,

종합지수를 산출(화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수 값의 종합값 지수)하는 제7단계(S7)로 이루어진다.

도5는 본 발명에 따른 전력감시시스템의 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수 산출과정을 나타낸 흐름도이다.

도시와 같이 정보수집 검증단계(S11)와, 상기 정보수집 검증단계(S11)이후 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수 산출 연산부를 통해 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수, 종합품질지수를 산출하는 단계(S12)와, 지수산출 단계(S12) 이후 정상범위 여부를 판별하여 경보업무처리(S16) 및 경보해제처리(S15)를 순차적으로 행하는 단계로 이루어진다.

상기 종합품질지수 알고리즘 공식을 설명하면 다음과 같다.

* 소속함수(Membership Function)

퍼지멤버쉽함수를 사용한다.

여기서 a는 구간의 하한치, b는 구간의 상한치, λ는 곡선의 기울기, ν는 굴절점이다.

[표 1] 각 파라메타 계수 선정

* 비퍼지화 (결과값 도출)

중요도 순서에 의해 ω(가중치) 값을 다르게 하여야 한다.

- 중요성 순서

화재지수 → 선로품질지수 → 출력감쇄지수 → 전력컨디션지수

가중치를 다음과 같이 대입하면 결과식은 최종적으로 다음과 같다.

얻어진 결과값에서 다음과 같은 단계로 최종판정을 내린다.

도6은 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 세부 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 도시와 같이 Embedded Linux 기반으로 365일 / 24시간 운영체제로 구축하고, 디지털 그래픽 시스템(17) 이나 전력품질 분석시스템(PC)(18)이 없는 기반에서 무인 운전할 수 있도록 하는 O/S 시스템(141)과, 메인콘트롤러에 연결되어 있는 계측장비 정보(종류, 장비ID 및 포트번호, 전문양식, 자료수집 타임, 스위치 조작환경, Input 및 Output Unit)와 터치스크린 및 주변 연동 PC, 원격감시 시스템 정보를 파일과 메모리에서 관리하고, 모든 환경정보를 얻을 수 있도록 하여 정보 이중보유를 배제하고, 별도의 환경설정 시스템을 통하여 환경정보를 설정 및 변경함으로써 주변 환경변화에 따른 프로그램 수정은 수반되지 않도록 하는 환경부(142)와, 계측장비로부터 실시간 수집하는 정보를 저장하는 임시 메모리로 장비처리부의 데이터 계측부에서 정보를 저장하고, 저장된 정보는 모든 연산처리 및 이벤트 처리하는 프로세스에서 공유하도록 하는 데이터 버퍼 에어리어(143)와, 메인콘트롤러에서 공통으로 사용하는 정보를 저장하는 임시메모리로 정보를 열람하는 횟수가 많거나 정보의 동기화가 필요한 항목을 선정하여 통일된 방법으로 공유메모리에 저장하는 데이터 공유메모리 에어리어(144)와, 디지털 계측장비, 디지털 그래픽시스템, 전력품질분석 시스템, 원격전력감시 시스템과 통신을 담당하는 통신부(145)와, 디지털계측장비의 데이터를 수집하는 데이터 계측부, 계측장비 설정 및 제어하는 계측장비 제어부, 디지털계측장비와 전력로봇 간 전문처리를 위한 통신 전문 변환부, 디지털계측장비 통신 상태관리를 관리하는 통신감시부로 구성되고, 디지털 계측장비의 제어는 원방에서 제어명령을 내리거나 피크 및 역률과 같이 설정 값에 의하여 제어를 하는 경우에는 시스템에서 판단하여 제어명령을 내리는 장비 처리부(146)와, 수집된 데이터의 분석, 알고리즘에 의한 지수산출, 경보 이벤트 발생, 자료저장을 전담하는 데이터 중앙 연산 처리부(147)와, 디지털계측장비 설정 값 변경, 시스템 조작, 시스템 제어의 주요사항에 대하여 모든 전문내용을 로깅(Logging)하는 데이터 로깅부(148)와,

메인콘트롤러에 저장하는 모든 파일의 정보를 관리하는 파일 관리부(149)와, 메인콘트롤러에 연동되는 입력 전문, 파일 전 수송, 환경설정정보를 관리하는 입, 출력 처리부(150)로 구성된다.

또한, 상기 데이터 중앙 연산 처리부(147)는 데이터의 정합성 감시 및 디지털계측기기 경보 이벤트를 처리하는 감시부(147-1)와, 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수를 산출하는 지수 연산부(147-2)와, 전력품질분석 알고리즘에 의한 이벤트 발생 및 해제 처리하는 경보 처리부(147-3)와, 고주파 사고파형 이벤트에 대한 계측정보를 관리하는 사고 정보부(147-4)와, 터치스크린 및 전력품질분석 시스템 간 전문을 변환하는 전문 변환부(147-5)와, 각종 데이터를 연산하여 처리하는 데이터 연산부(147-6)로 구성된다.

상기한 메인콘트롤러(16)는 디지털 전력계측제어기(11)로부터 정보를 수집하여 전력품질분석 알고리즘 수배전반 운전에 필요한 정보를 생성한다.

이러한 정보는 정보를 추출하여 정보를 필요로 하는 시스템으로 정보 및 이벤트 메시지를 전달하는 기능을 수행하며, 데이터 및 메시지 흐름도는 도6과 같고, 데이터 흐름 측면의 프로세스(Process) 구조도는 도8과 같다.

전력감시 시스템(10)을 가동하기 전 디지털 전력계측제어기(11) 및 메인콘트롤러(16)의 주변 환경을 설정하여야 한다.

이 경우 주변 환경은 시스템의 요건에 따라 다르며, 네트워크 구성도 달라진다.

따라서 환경에 따라 시스템 동작 여건이 변경되기 때문에 프로그램 수정이 아닌 환경설정 자동화 툴에 의하여 설정하게 되면, 누구나 손쉽게 설정하여 사용 할 수 있는데, 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 환경 설정 과정은 도9와 같다.

도시와 같이 전력로봇 네트워크 정보 및 전력로봇 데이터 저장방법을 설정하는 전력로봇 환경 설정단계(S30)와, 책임자 ID/Password 설정(Admin - 등록, 변경, 시스템제어 기능) 및 일반사용자 ID/Password를 설정(조회기능Only)하는 사용자 정보 설정단계(S31)와, 디지털 계측장비 네트워크 및 설정치(전력계측, 누설전류, 파형캡처기 장비 네트워크설정)설정, 입,출력, 릴레이 유닛 네트워크 및 채널(입출력 접점, 스위치 종류, 제어방법 설정)설정, 카메라 및 기타 장비를 설정하는 디지털 계측기 설정 단계(S32)와, 전력품질분석 지수(정상, 일반경보, 주의경보, 긴급경보 범위 설정)설정 및 표준관리 값(관리목표치, 정상, 일반, 주위, 긴급경보범위설정)을 설정하는 지수/표준관리 값 설정단계(S33)와, 디지털 수배전반 시스템 장비 이력 입력, 변압기 부속장비 이력 입력, 설치일 및 최종 점검일을 설정하는 장비 이력 설정단계(S34)로 이루어진다.

도10은 전력품질 분석시스템(환경설정 시스템)(PC)(18)과 메인콘트롤러(16) 간의 업무처리 흐름도를 나타낸 것으로서, 환경설정은 시스템 업무흐름에서와 같이 모든 정보는 메인콘트롤러에 집중하여 보관하며, 업무처리 효율성을 높이기 위하여 공유메모리에 저장하고 있다.

메인콘트롤러가 초기 가동 시에는 환경파일을 읽어서 공유메모리에 보관하며 공유메모리에 저장되어 있는 정보에 의하여 계측정보 수집, 시스템 제어, 환경정보 요청 시 요청하는 시스템에게 제공하게 된다.

도11은 전력감시 시스템의 환경설정 처리 흐름도를 나타낸 것으로서, 디지털 계측장비 개수와 네트워크 구성에 따른 설정정보를 원 클릭에 의하여 설정이 가능하며 다음과 같은 주요정보를 순차적으로 설정한다.

시리얼포트 또는 LAN포트에 의해 전력로봇 접속 및 전력로봇 네트워크 IP 설정(초기에는 고장IP 사용)하는 메인콘트롤러 네트워크 설정단계(S40)와, 고객 명(업체명)설정 및 사용자 ID, Password를 설정(총괄책임자만 설정가능)하는 사용자 정보 설정단계(S41)와, 디지털 계측장비 네트워크 설정(포트, ID, 채널 통신방법) 및 디지털 계측장비 부하 명을 설정하는 디지털 계측 장비 설정단계(S42)와, 수배전반에 부착되는 스위치 종류 및 정보 설정, 스위치 네트워크를 설정(포트, ID, 채널 통신방법)하는 스위치 설정단계(S43)와, 디지털 수배전반 형식 설정 및 디지털 수배전반 주요장비 이력을 설정하는 수배전반 이력 설정단계(S44)와, 전력품질분석 지수 경보단계 범위 설정, 표준관리를 위한 관리 목표치 및 경보단계 설정, 디지털 계측장비 초기 설정 값을 설정하는 표준관리 초기값 설정단계(S45)와, 웹기반 전력관리(iKEN) 서비스 네트워크 설정(웹 주소 설정) - 웹기반 전력관리(iKEN) 접속 ID 및 Password를 설정하는 웹기반 전력관리 서비스 설정단계(S46)로 이루어진다.

도12는 전력 로봇 시스템의 정보 수집업무(메인콘트롤러에서 디지털 계측장비로부터 요청) 처리 흐름도를 나타낸 것이다.

전력감시 시스템에 탑재되어 있는 디지털 계측장비로부터 현장에서 검출되는 계측 값을 실시간으로 수집하여 전력품질분석 알고리즘을 이용하여 지수 값 산출 및 기타 자료를 산출하여 시스템운영에 활용한다.

도13은 고조파 사고파형 정보 수집업무(디지털 계측장비에서 메인콘트롤러로 전송)처리 흐름도를 나타낸 것이다.

도12 및 도13에 도시한 바와 같이 메인콘트롤러에서의 계측정보 수집은 디지털 계측정보 수집업무 처리 흐름(메인콘트롤러에서 디지털 계측장비로부터 요청)의 방법과 고조파 사고파형 정보 수집 흐름 (디지털 계측장비에서 메인콘트롤러로 전송)의 방법에 의하여 메인콘트롤러(16)에 정보가 수집되게 된다.

도12와 같이 디지털 계측정보 수집업무 처리 흐름(메인콘트롤러에서 디지털 계측장비로부터 요청)의 방법은 정상적인 방법으로 메인콘트롤러의 요구에 의하여 정보를 전송하며 정보수집 스케줄은 메인콘트롤러에서 관리한다. 메인콘트롤러(16)에서는 디지털계측장비의 특성과 정보의 중요도에 따라 스케줄을 달리할 수 있으며, 전력감시 시스템(10)에서는 실시간 처리속도를 빠르게 하기 위하여 다수채널 통신포트에서 동시에 정보를 수집하여 정보의 정확성을 높이고 있다.

도13과 같이 고조파 사고파형 정보 수집 처리 흐름(디지털 계측장비에서 메인콘트롤러로 전송)의 방법은 파형캡처기(14)에서 전력 파형을 감시하다가 파형에서 문제가 발생하면, 즉시 사고파형을 추출하여 메인콘트롤러로 보내게 된다.

도14는 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(17)의 화면 구성 예(자가진단)를 나타낸 도면으로서, 지능형 수배전반의 입체적인 단면도를 제공하고 5대 알고리즘의 종합적인 메뉴 창을 통해서 자가 진단 결과를 나타내며, AISS, MOF, PF, TR, ACB 주요기기의 규격 및 이력을 나타낸다.

도15는 주요기기의 이력 정보를 나타낸 것이고, 도16은 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(터치스크린)(15)의 일상운전의 기본 화면으로 전압, 전류, 역률, 전력을 디지털 및 아날로그로 표시하며 도17은 각 상별 계측치를 그래프로 나타낸 것이다.

도18은 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(17)의 계측정보를 나타낸 것으로서, 디지털 계측기의 계측 화면과 정보 선택이 자유롭고 내장된 디지털 기기 류의 동작 상태를 확인할 수 있다.

도19는 누전경보기(12)의 동작모드를 나타낸다.

도20은 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(17)의 스위치조작을 나타낸 것으로서, 스위치조작을 위한 기본 스위치 류 배치와 동작 상태를 알 수 있고, 최대수요전력제어 및 역률모드선택이 가능하며 다수 종류의 아날로그 계측기가 나타난다. 약식 설비에서부터 정식 설비까지 100% 수용이 가능하다. 스위치 류 터치도 가능하며, 도21은 스위치 안전 모드를 나타낸다.

도22는 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(17)의 종합품질지수를 나타낸 것으로서, 종합품질지수, 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수를 지수화로 나타내어 수배전반의 종합적인 상태를 나타낸다.

도23은 전력컨디션지수를 나타낸다.

도24는 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(17)의 사용가능전력 예측 그래프를 나타낸 것으로서, 예측정보는 사용가능전력, 전류, 겉보기전력, 불평형률, 역 률, 변압기 온도, 소정시간(15분) 디멘드, 부하율의 과거 누적 데이터, 현재 누적 데이터를 통하여 원하는 미래의 전력 관련 수치를 예측할 수 있다.

도25는 소정시간(15분) 디멘드 예측 그래프를 나타낸다.

도26은 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(17)의 표준관리화면을 나타낸 것으로서, 전력 파라메타에 대한 기준관리목표 값을 설정하여 계측 값이 기준범위를 초과할 경우 다단계의 경보를 나타낸다.

도27은 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템(17)의 네트워크 정보화면을 나타낸 것으로서, 환경/정보로는 수배전반의 네트워트 설정, 경보설정, 브리핑정보, 화면/음향조절, 시뮬레이션, A/S 정보의 설정 및 정보를 알 수 있다.

도28은 디멘드 컨트롤 시뮬레이션화면을 나타낸다.

도1은 본 발명에 관련된 총체적 에너지 관리시스템의 전체 계통도.

도2는 본 발명에 관련된 총체적 에너지 관리시스템의 동작 흐름도.

도3은 본 발명에 따른 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템의 블록구성도.

도4는 본 발명에 따른 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템의 전력품질분석 알고리즘 산출과정을 나타낸 동작 흐름도.

도5는 본 발명에 따른 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템의 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수 산출과정을 나타낸 동작 흐름도.

도6은 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 세부 블록 구성도.

도7은 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 데이터 및 메시지 처리 흐름도.

도8은 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 데이터 흐름측면의 프로세스 구조도.

도9는 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 환경 설정 과정을 나타낸 처리 흐름도.

도10은 본 발명에 따른 환경설정 시스템(PC)과 메인콘트롤러 간의 업무처리 흐름도.

도11은 본 발명에 따른 전력감시 시스템의 환경 설정 과정을 나타낸 처리 흐름도.

도12는 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 디지털 계측 정보수집업무 처리 흐름도.

도13은 본 발명에 따른 메인콘트롤러의 고조파 사고파형 정보수집 업무 처리 흐름도.

도14 내지 도28은 본 발명에 따른 디지털 그래픽 시스템의 화면 구성 예시도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : 전력감시 시스템 11 : 디지털 전력계측제어기

12 : 누전경보기 13 : 입, 출력 릴레이 유닛(IR/OR Unit)

14 : 파형캡처기 15 : 센서부

16 : 메인콘트롤러

17 : 디지털 그래픽 시스템 18 : 전력품질 분석시스템(PC)

19 : 무선 데이터 전송장치 80: 인터넷 감시수단

100: 인터넷망 200: 통합 서버

Claims (13)

1. 인터넷망(100)을 통하여 통합 서버(200)와 연결되는 전력감시시스템(10),

   최대 수요전력 제어시스템(20), 설비관제 모빌 시스템(30), 분전반 감시 제어 시스템(40), 보안시스템(50) 및 조명제어 시스템(60)을 포함하는 총체적 에너지 관리시스템에 있어서,

   상기 전력감시 시스템(10)은 수배전반(1) 내부에 설치하되, 전압, 전류, 역률, 피크, 불평형률, 부하율, 무효전력, 유효전력, 온도, 주파수, 경보상태의 요소 측정, 차단기(CB) 온/오프, 판넬 및 변압기 온도제어, 피크, 역률제어, 계량기 펄스 입력, 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 디지털 전력계측제어기(11)와,

   누설전류 측정, 다수 접점 출력, 다단계 경보 설정, 이벤트 발생 시 경보 발생시간, 누설전류 측정, 통신에 의한 경보 리셋 및 릴레이 제어 출력 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 누전경보기(12)와,

   다수개 채널의 입력상태 감시, 각 채널별 설정, 출력릴레이와 연동 및 인터페이스 통신이 가능한 입력 릴레이 유닛 및 다수개 채널의 온/오프 제어, 각 채널별 설정, 입력 릴레이와 연동 사용, 디지털 전력계측제어기와 연동 시 역률, 피크제어 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 입, 출력 릴레이 유닛(13)과,

   현재파형 측정, 이벤트 발생 시 사고파형 측정, 사고 종류(순간정전(Sag), 순간과전압(Swell), 부족전압, 영구정전) 측정 및 인터페이스 통신 기능을 수행하는 파형캡처기(14)와,

   화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수, 종합품질지수에 대응하는 신호를 감지하는 센서부(15)와,

   디지털 수배전반의 디지털 기기시스템의 계측자료 저장, 전력품질분석 알고리즘을 이용한 연산, 사고정보 관리 및 분석자료 제공 및 이벤트처리를 위한 무인 운전, 계측장비와 디지털 그래픽 시스템(17) 및 전력품질 분석시스템(18)의 인터페이스를 담당하고 시스템 운전에 필요한 모든 정보를 저장 관리하는 메인콘트롤러(16)와,

   수배전반의 디지털화로 산재된 방대한 정보를 효과적으로 분석하여 정보시각화를 위하여 디지털 그래픽 기술로 구현함과 동시에 계측장비의 디스플레이부를 통합하여 터치스크린에서 운전 및 조작할 수 있도록 일원화하여 전력관리를 행하는 디지털 그래픽 시스템(17)과,

   계측장비에 의해 계측된 각종 정보 중 전력품질에 관련된 정보(전압, 전류, 역률, 불평형률, 피크, 유효 및 무효전력, 부하율, 주파수 온도의 실시간 감시정보)를 분석하여 안전운전에 필요한 모든 정보를 저장, 분석 관리하는 전력품질 분석시스템(PC)(18)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인터넷망(100)을 통해 무선데이터를 전송하는 무선데이터 전송장치(19) 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 메인콘트롤러(16)은 Embedded Linux 기반으로 365일 / 24시간 운영체제로 구축하고, 상기 디지털 그래픽 시스템(터치스크린)(17) 이나 전력품질 분석시스템(PC)(18)이 없는 기반에서 무인 운전할 수 있도록 하는 O/S 시스템(141)과,

   메인콘트롤러에 연결되어 있는 계측장비 정보와 터치스크린 및 주변 연동 PC, 원격감시 시스템 정보를 파일과 메모리에서 관리하고, 모든 환경정보를 얻을 수 있도록 하여 정보 이중보유를 배제하고, 별도의 환경설정 시스템을 통하여 환경정보를 설정 및 변경함으로써 주변 환경변화에 따른 프로그램 수정은 수반되지 않도록 하는 환경부(142)와,

   계측장비로부터 실시간 수집하는 정보를 저장하는 임시 메모리로 장비처리부의 데이터 계측부에서 정보를 저장하고, 저장된 정보는 모든 연산처리 및 이벤트 처리하는 프로세스에서 공유하도록 하는 데이터 버퍼 에어리어(143)와,

   메인콘트롤러에서 공통으로 사용하는 정보를 저장하는 임시메모리로 정보를 열람하거나 정보의 동기화가 필요한 항목을 선정하여 통일된 방법으로 공유메모리에 저장하는 데이터 공유 메모리 에어리어(144)와,

   디지털 계측장비, 상기 디지털 그래픽 시스템(17), 전력품질분석 시스템(18), 원격전력감시 시스템과 통신을 담당하는 통신부(145)와,

   디지털계측장비의 데이터를 수집하는 데이터 계측부, 계측장비 설정 및 제어하는 계측장비 제어부, 디지털계측장비와 전력로봇 간 전문처리를 위한 통신 전문 변환부, 디지털계측장비 통신 상태를 관리하는 통신감시부로 구성되고, 디지털 계측장비의 제어는 원방에서 제어명령을 내리거나 피크 및 역률과 같이 설정 값에 의하여 제어를 하는 경우에는 시스템에서 판단하여 제어명령을 내리는 장비 처리부(146)와,

   수집된 데이터의 분석, 알고리즘에 의한 지수산출, 경보 이벤트 발생, 자료저장을 전담하는 데이터 중앙 연산 처리부(147)와,

   디지털계측장비 설정 값 변경, 시스템 조작, 시스템 제어의 주요사항에 대하여 모든 전문내용을 로깅(Logging)하는 데이터 로깅부(148)와,

   메인콘트롤러에 저장하는 모든 파일의 정보를 관리하는 파일 관리부(149)와, 메인콘트롤러에 연동되는 입력 전문, 파일 전 수송, 환경설정정보를 관리하는 입, 출력 처리부(150)로 구성된 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 메인콘트롤러(16)에 탑재된 전력분석 알고리즘의 산출과정은 디지털 계측장비로부터 자료를 수집하고 수집한 정보를 버퍼 및 공유메모리에 저장하는 제1단계(S1)와,

   각 지수 산출 알고리즘과 연동하여 산출 후 결과 값을 종합하여 종합지수를 산출하는 제2단계(S2)와,

   수배전반 화재발생 가능성 지수인 화재지수를 산출하는 제3단계(S3)와,

   수배전반 부하상태 지수인 전력컨디션지수를 산출하는 제4단계(S4)와,

   전력품질에 대한 지수인 출력감쇄지수를 산출하는 제5단계(S5)와,

   전력선로의 효율성 지수인 선로품질지수를 산출하는 제6단계(S6)와,

   상기 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수 값의 종합값 지수인 종합품질지수를 산출하는 제7단계(S7)로 이루어진 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 메인콘트롤러(16)에 탑재된 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수 산출과정은 정보수집 검증단계와,

   상기 정보수집 검증단계 이후 전력품질분석 알고리즘에 의한 지수 산출 연산부를 통해 화재지수, 전력컨디션지수, 출력감쇄지수, 선로품질지수, 종합품질지수를 산출하는 단계와,

   지수산출 단계 이후 정상범위 여부를 판별하여 경보업무처리 및 경보해제처 리를 순차적으로 행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 메인콘트롤러(16)의 환경 설정 과정은 메인콘트롤러 네트워크 정보 및 메인콘트롤러 데이터 저장방법을 설정하는 메인콘트롤러 환경 설정단계(S30)와,

   책임자 ID/Password 설정 및 일반사용자 ID/Password를 설정하는 사용자 정보 설정단계(S31)와,

   디지털 계측장비 네트워크와 입,출력 릴레이 유닛 네트워크 및 채널(입출력 접점, 스위치종류, 제어방법의 설정)설정, 카메라 및 기타 장비를 설정하는 디지털 계측기 설정 단계(S32)와,

   전력품질분석 지수의 설정 및 표준관리값을 설정하는 지수/표준관리 값 설정단계(S33)와,

   디지털 수배전반 시스템 장비 이력 입력, 부속장비 이력 입력, 설치일 및 최종 점검일을 설정하는 장비 이력 설정단계(S34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 전력감시 시스템의 환경 설정 과정은 시리얼포트 또는 LAN포트에 의해 전력로봇 접속 및 전력로봇 네트워크 IP(Internet Protocol) 설정하는 전력로봇 네트워크 설정단계(S40)와,

   고객명(업체명)설정 및 사용자 ID, Password를 설정(총괄책임자만 설정가능)하는 사용자 정보 설정단계(S41)와,

   디지털 계측장비 네트워크 설정(포트, ID, 채널 통신방법) 및 디지털 계측장비 부하명을 설정하는 디지털 계측 장비 설정단계(S42)와,

   수배전반에 부착되는 스위치 종류 및 정보 설정, 스위치 네트워크를 설정(포트, ID, 채널 통신방법)하는 스위치 설정단계(S43)와,

   디지털 수배전반 형식 설정 및 디지털 수배전반 주요장비 이력을 설정하는 수배전반 이력 설정단계(S44)와, 전력품질분석 지수 경보단계 범위 설정, 표준관리를 위한 관리 목표치 및 경보단계 설정, 디지털 계측장비 초기 설정값을 설정하는 표준관리 초기값 설정단계(S45)와,

   웹기반 전력관리 서비스 네트워크 설정(웹 주소 설정)과 웹기반 전력관리 접속 ID 및 Password를 설정하는 웹기반 전력관리 서비스 설정단계(S46)로 이루어진 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
8. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 전력품질 분석시스템(PC)(18)과 메인콘트롤러(16) 간의 업무처리를 위한 환경설정은 모든 정보를 메인콘트롤러에 집중하여 보관하고, 공유메모리에 저장 하며,

   상기 메인콘트롤러가 초기 가동 시에는 환경파일을 읽어서 공유메모리에 보관하며 공유메모리에 저장되어 있는 정보에 의하여 계측정보 수집, 시스템 제어, 환경정보 요청 시 요청하는 시스템에게 제공하도록 함을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
9. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 메인콘트롤러(16)에서 디지털 전력계측제어기(11)로부터 요청 시 자료수집 과정은 전력로봇의 요구에 의하여 정보를 전송하며 정보수집 스케줄은 상기 전력로봇에서 관리하고, 상기 전력로봇에서는 디지털 전력계측제어기(11)의 특성과 정보의 중요도에 따라 스케줄을 달리하도록 함을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
10. 제1항 또는 제3항에 있어서,

    상기 디지털 전력계측제어기(11)에서 메인콘트롤러(16)로 전송 시 자료수집 과정은 파형캡처기(14)에서 전력 파형을 감시하다가 상기 파형에서 문제 발생 시 즉시 사고파형을 추출하여 메인콘트롤러(16)로 전송하도록 함을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
11. 제1항에 있어서,

    상기 인터넷 망(100)을 통한 종합 전력감시 정보를 휴대가 가능한 이동통신기기로 감시하도록 하는 인터넷 감시수단(80)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
12. 제3항에 있어서,

    상기 계측장비 정보는 종류, 장비ID 및 포트번호, 전문양식, 자료수집 타임, 스위치 조작환경, 입,출력 릴레이 유닛인 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.
13. 제3항에 있어서,

    상기 데이터 중앙 연산 처리부(147)는 데이터의 정합성 감시 및 디지털계측기기 경보 이벤트를 처리하는 감시부(147-1)와,

    전력품질분석 알고리즘에 의한 지수를 산출하는 지수 연산부(147-2)와,

    전력품질분석 알고리즘에 의한 이벤트 발생 및 해제 처리하는 경보 처리부(147-3)와, 고주파 사고파형의 이벤트에 대한 계측정보를 관리하는 사고 정보부(147-4)와,

    터치스크린 및 전력품질분석 시스템 간 전문을 변환하는 전문 변환부(147-5)와,

    각종 데이터를 연산하여 처리하는 데이터 연산부(147-6)로 구성된 것을 특징으로 하는 총체적 에너지 관리시스템에서의 전력감시 시스템.

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