KR101142220B1 - 가정용 전력 에너지 관리 장치 및 그를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가정용 전력 에너지 관리 장치 및 그를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 가정용 전력 에너지 관리 장치는, 상위 계층의 스마트 미터를 통해 전력회사의 전력 관리 시스템과 통신을 수행하는 제1 통신부; 하위 계층의 계측 장치 및 스마트 가전과 통신을 수행하는 제2 통신부; 전력 사용량, 에너지 생산량, 에너지 저장량 및 현재 적용되고 있는 에너지 관리 자동 프로그램을 표시하는 표시부; 사용자에 의한 수동 제어를 위한 사용자 조작부; 에너지 관련 데이터를 저장 및 관리하는 데이터베이스; 및 상기 제 구성요소들의 동작 및 상태를 제어 및 관리하고, 전력회사로부터 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 수신하여, 그것을 바탕으로 하위 계층의 HAN 구성 장치를 제어하는 제어부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 댁내 전력 에너지 장치의 연계 운용을 위한 별도의 장치 없이도 댁내 전력 에너지 장치의 통합 관리 및 제어가 가능하다. 또한, 수용가의 중앙에서 스마트 미터와 HAN 구성 장치를 연결하는 통로 역할을 수행하여, 전력 회사의 명령을 전달받아 수용가 전력 제어 프로그램의 수행이 가능하고, 댁내의 신 재생 에너지 발전 시스템 및 에너지 저장장치의 통합 관리/제어가 가능하다.

Description

가정용 전력 에너지 관리 장치 및 그를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템{Home electricity energy management apparatus and integrated electricity energy management system using the same apparatus}
본 발명은 가정용 전력 에너지 관리 장치 및 그를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 특히 수용가의 댁내 전력 에너지 장치들을 통합 관리하여, 수용가의 신 재생 에너지 발전 및 실시간 요금에 따른 에너지 사용을 효율적으로 관리할 수 있는 가정용 전력 에너지 관리 장치 및 그를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
스마트 그리드(smart grid: 지능형 전력망) 내에서의 실시간 전력 계량 시스템인 AMI(Advanced Metering Infrastructure)를 구현하기 위해서는 스마트 미터와 전력 사업자, 지역 네트워크, 개별 수용가 네트워크를 연계하기 위한 통신 프로토콜의 개발이 필수적이다. 또한, HAN(Home Area Network) 구성을 위해 스마트 미터와 IHD(In Home Display) 등의 정보가전, 스마트 가전, 신 재생 에너지 발전 시스템, 에너지 저장 시스템, 전기 자동차 충전 시스템의 연계를 위한 시스템 통합 관리가 필수적이다. 현재, 스마트 미터 및 IHD 등의 AMI 관련 제품 및 신 재생 에너지 발전, 저장, 전기 자동차 충전 인프라는 많은 기업에서 상용화된 제품을 생산하고 있으며, 관련 표준화가 활발히 진행되고 있다.
한편, IT 인터넷 관련 업체들은 인터넷으로 가정의 에너지 사용량을 모니터링 하고, 이웃의 사용량과 비교할 수 있는 에너지 모니터링 기반의 수용가의 자발적인 에너지 절감을 유도하는 에너지 관리 컨텐츠 사업을 진행하고 있다.
또한, 전기 자동차 충전이라는 대규모의 전력 사용 인프라가 구축되기 시작하면서 전력 사업자는 기존의 전기 요금제도를 개편하려는 움직임을 보이고 있으며, 국내의 경우에는 기존의 누진제와는 다른 실시간 요금제도 구축을 위한 시범 사업이 진행되고 있다. 또한, 수용가 주택용 전력 에너지 관련 제품의 종류와 수가 다양해 지고, 실시간 요금제도가 도입됨에 따라, 더욱 높은 사양의 에너지 관리 장치에 대한 필요성이 증가하고 있다.
도 1은 종래 에너지 모니터링 기반의 에너지 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 에너지 관리 시스템은 상위 계층에 전력 사업자의 데이터 관리 시스템(101)과 데이터 수집 시스템(102), 데이터 중계 장치(103)로 구성된 전력회사 고유의 네트워크(120)와, 데이터 중계 장치(103)와 다수의 데이터 집중 장치(104)를 연결하는 네트워크(121)로서의 WAN(Wide Area Network)과, 데이터 집중 장치(104)와 연결된 다수의 스마트 미터(105)를 연결하는 네트워크(122)로서의 NAN(Neighborhood Area Network)과, 스마트 미터(105), 가정용 에너지 모니터링 장치(130), 댁내 개별 부하(113)의 계측 및 제어를 위한 계측장치(107) 및 제어장치(108)를 연결하는 네트워크(123)로서의 HAN(Home Area Network)과, 에너지 모니터링 장치(130)와 인터넷 연결 혹은 스마트 미터(105) 및 댁내 계측장치(107)와 인터넷 연결로 구현된 WEB 에너지 모니터링 장치(컨텐츠)(131)로 구성된다.
이상과 같은 종래 에너지 모니터링 기반의 에너지 관리 시스템은 가정용 에너지 모니터링 장치(130) 및 WEB 에너지 모니터링 장치(컨텐츠)(131)를 이용하여 수용가의 수동적인 에너지 절감을 유도하는 시스템으로, 가정용 에너지 모니터링 장치(130)는 전력 에너지 사용량에 대한 데이터를 제공하고, 수동 제어 버튼을 제공한다. 수용가는 실시간으로 전력 에너지 사용량을 모니터링하여 에너지 절감을 하려는 시도를 해볼 수 있으나, 이는 어디까지나 자율적인 서비스로 수용가의 의지에 따라 에너지 절감률이 다르게 되고, 전력 사업자에 의한 수용가의 에너지 제어도 불가능하다.
또한, 신 재생 에너지 발전 시스템의 적용이 늘어감에 따라 각 발전 시스템마다 고유의 계측 장치가 존재하거나, 혹은 계측 장치 없이 발전량이 모두 댁내 전력 사용에 투입되어 발전량이 사용량보다 많아지는 시간대에는 생산된 잉여 에너지의 관리가 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다.
또한, 실시간 전력 요금제가 도입되게 되면 수용가는 실시간으로 전력 에너지의 요금이 바뀌는 것을 가정용 에너지 모니터링 장치(130)를 통해 모니터링할 수는 있지만, 시시각각 변하는 요금에 따라 수용가 스스로 최적의 효율로 지속적으로 에너지를 관리하는 것은 불가능하다.
또한, 전력 사업자가 전력 피크율에 따라 강제적으로 수용가의 전력 사용을 제어할 수 있는 서비스 적용이 어렵다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 수용가의 댁내 전력 에너지 장치들을 통합 관리하여, 수용가의 신 재생 에너지 발전 및 실시간 요금에 따른 에너지 사용을 효율적으로 관리할 수 있는 가정용 전력 에너지 관리 장치및 그를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치는,
상위 계층의 스마트 미터를 통해 전력회사의 전력 관리 시스템과 통신을 수행하는 제1 통신부;
하위 계층의 계측 장치 및 스마트 가전과 통신을 수행하는 제2 통신부;
전력 사용량, 에너지 생산량, 에너지 저장량 및 현재 적용되고 있는 에너지 관리 자동 프로그램을 표시하는 표시부;
사용자에 의한 수동 제어를 위한 사용자 조작부;
에너지 관련 데이터를 저장 및 관리하는 데이터베이스; 및
상기 제 구성요소들의 동작 및 상태를 제어 및 관리하고, 상기 전력회사의 전력 관리 시스템으로부터 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 수신하며, 수신된 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 바탕으로 하위 계층의 HAN(home area network) 구성 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제1 통신부는 지그비(Zigbee) 및 PLC(programmable logic controller) 통신 모뎀을 내장하며, 지그비(Zigbee) 또는 PLC 통신 모뎀을 이용하여 상위 계층의 스마트 미터와 통신한다.
또한, 상기 제2 통신부는 지그비(Zigbee) 및 PLC 통신 모뎀을 내장하며, 지그비(Zigbee) 또는 PLC 통신 모뎀을 이용하여 하위 계층의 HAN 구성 장치와 통신한다.
또한, 상기 제2 통신부는 상기 HAN 구성 장치와 표준 프로토콜을 이용하여 네트워크 통신을 수행한다.
여기서, 상기 표준 프로토콜로 지그비 스마트 에너지 프로파일(Zigbee Smart Energy Profile)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 표시부는 상기 전력 사용량으로서 현월 사용량과 오늘의 사용량을 표시할 수 있다.
또한, 상기 표시부는 현재의 전기 요금 및 이벤트 관련 사항을 더 표시할 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 전력 사용량 및 전력 사용량의 피크치 정보, 실시간 요금 정보에 따라 수용가의 전력 에너지 절감 및 전력 에너지의 효율적 운용을 위한 소프트웨어 프로그램이 내장된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템은,
하위 계층의 계측 장치, 스마트 가전 및 상위 계층의 전력 관리 시스템과 통신을 수행하며, 상기 상위 계층의 전력 관리 시스템으로부터 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 수신하고, 수신된 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 바탕으로 하위 계층의 HAN(home area network) 구성 장치를 제어하는 가정용 전력 에너지 관리 장치;
상기 가정용 전력 에너지 관리 장치와 상기 상위 계층의 전력 관리 시스템과의 통신이 가능하도록 연계하고, 상기 가정용 전력 에너지 관리 장치로부터의 신호를 수신하여 상위 계층으로 전달하는 스마트 미터;
다수의 상기 스마트 미터의 수용가 전력 사용 데이터를 수집하여 상위 계층으로 전달하는 데이터 집중 장치;
다수의 상기 데이터 집중장치를 통해 수집되는 대용량의 데이터를 상위 계층으로 전달하는 전력 사업자 데이터 수집 시스템; 및
상기 전력 사업자 데이터 수집 시스템을 통해 대용량의 데이터를 수신하여 분석 및 처리하고, 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 상기 가정용 전력 에너지 관리 장치로 전송하는 전력 사업자 데이터 관리 시스템을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 가정용 전력 에너지 관리 장치와 상기 스마트 미터 간은 Zigbee Smart Energy Profile 등의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 스마트 미터와 상기 데이터 집중 장치 간은 ANSI, IEC 등의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 데이터 집중 장치와 상기 데이터 중계 장치 간은 ANSI, IEC 등의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 데이터 중계 장치와 전력 사업자 데이터 수집 시스템 및 전력 사업자 데이터 수집 시스템 간의 네트워크는 전력 회사 고유의 프로토콜을 적용하여 운영될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 댁내 전력 에너지 장치의 연계 운용을 위한 별도의 장치 없이도 댁내 전력 에너지 장치의 통합 관리 및 제어가 가능하다. 또한, 수용가의 중앙에서 스마트 미터와 HAN 구성 장치를 연결하는 통로 역할을 수행하여, 전력 회사의 명령을 전달받아 수용가 전력 제어 프로그램의 수행이 가능하고, 댁내의 신 재생 에너지 발전 시스템 및 에너지 저장장치의 통합 관리/제어가 가능하다.
도 1은 종래 에너지 모니터링 기반의 에너지 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2의 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치의 표시부의 메인 화면을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치의 표시부의 제1 프로그램 정보 화면을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치의 표시부의 제2 프로그램 정보 화면을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치(200)는 제1 통신부(210), 제2 통신부(220), 표시부(230), 사용자 조작부(240), 데이터베이스(250) 및 제어부(260)를 포함한다.
상기 제1 통신부(210)는 상위 계층의 스마트 미터(305)를 통해 전력회사의 전력 관리 시스템(전력 사업자 데이터 관리 시스템(301) 및 전력 사업자 데이터 수집 시스템(302))과 통신을 수행한다.
상기 제2 통신부(220)는 하위 계층의 계측 장치(307) 및 스마트 가전(309)과 통신을 수행한다.
상기 표시부(230)는 전력 사용량, 에너지 생산량, 에너지 저장량 및 현재 적용되고 있는 에너지 관리 자동 프로그램을 표시한다. 이와 같은 표시부(230)는 전력 에너지 사용 정보 및 에너지 관리 프로그램 정보를 모니터링 할 수 있는 7인치 이상의 컬러 LCD로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 사용자 조작부(240)는 사용자에 의한 수동 제어를 위한 것이다. 이와 같은 사용자 조작부(240)는 LCD의 터치스크린 방식으로 구성되며, 사용자는 수동 조작에 의해 부하 제어가 가능하고, 에너지 관리 프로그램을 자유롭게 선택하여 운용할 수 있다.
상기 데이터베이스(250)는 에너지 관련 데이터를 저장 및 관리한다. 이와 같은 데이터베이스(250)는 실시간 요금 정보와, 수용가의 전력 사용 데이터를 저장한다. 또한, 데이터베이스(250)로는 비휘발성 메모리가 사용되며, 정전 시 데이터 보존을 위해 내부 배터리를 내장한다.
상기 제어부(260)는 상기 제 구성요소들(210～250)의 동작 및 상태를 제어 및 관리하고, 상기 전력회사의 전력 관리 시스템(전력 사업자 데이터 관리 시스템(301))으로부터 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 수신하며, 수신된 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 바탕으로 하위 계층의 HAN(home area network) 구성 장치를 제어한다.
여기서, 상기 제1 통신부(210)는 지그비(Zigbee) 또는 PLC(programmable logic controller) 모뎀을 이용하여 상위 계층의 스마트 미터(305)와 통신한다.
또한, 상기 제2 통신부(220)는 지그비(Zigbee) 또는 PLC(programmable logic controller) 모뎀을 이용하여 하위 계층의 HAN 구성 장치와 통신한다.
또한, 상기 제2 통신부(220)는 상기 HAN 구성 장치와 표준 프로토콜을 이용하여 네트워크 통신을 수행한다.
여기서, 상기 표준 프로토콜로 지그비 스마트 에너지 프로파일(Zigbee Smart Energy Profile)이 사용될 수 있다.
또한, 상기 표시부(230)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전력 사용량으로서 "현월 사용량"과 "오늘의 사용량"을 표시할 수 있다.
또한, 상기 표시부(230)는 현재의 전기 요금 및 이벤트 관련 사항을 더 표시할 수 있다.
또한, 상기 제어부(260)로는 MCU(microcontroller unit)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 제어부(260)의 내부에는 RTOS(real time operating system)가 탑재될 수 있다.
또한, 상기 제어부(260)에는 전력 사용량 및 전력 사용량의 피크치 정보, 실시간 요금 정보에 따라 수용가의 전력 에너지 절감 및 전력 에너지의 효율적 운용을 위한 소프트웨어 프로그램이 내장된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치(200)의 동작을 도 3의 통합 전력 에너지 관리 시스템과 연계하여 설명해 보기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전력 사업자는 데이터 중계장치(303)를 통해 수용가의 전력 사용 데이터를 수집하여 전력 사업자 데이터 수집 시스템(302)에 저장하고, 전력 사업자 데이터 수집 시스템(302) 및 전력 사업자 데이터 관리 시스템 (301)과 연결되어 전력 회사의 수용가 에너지 관리를 수행한다. 이때 데이터 중계장치(303)와 전력 사업자 데이터 수집 시스템(302) 및 데이터 관리 시스템(301) 사이의 네트워크(320)는 대부분 전력 회사 고유의 프로토콜을 적용하여 운영된다.
데이터 중계장치(303)는 다수의 데이터 집중장치(304)를 통해 수집되는 대용량의 데이터를 전력 사업자 데이터 수집 시스템(302)에 전달한다. 이때 데이터 중계장치(303)와 데이터 집중장치(304) 사이의 네트워크를 WAN(Wide Area Network) (321)이라 하며, ANSI, IEC 등의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행한다.
데이터 집중장치(304)는 다수의 스마트 미터(305)의 수용가 전력 사용 데이터를 수집하여 데이터 중계장치(303)에 전달한다. 이때 데이터 집중장치(304)와 스마트 미터(305) 사이의 네트워크를 NAN(Neighborhood Area Network)(322)라 하며 상기 WAN(321)과 마찬가지로 ANSI, IEC 등의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행한다.
스마트 미터(305)는 가정용 전력 에너지 관리 장치(200)와 통신을 수행하며, 가정용 전력 에너지 관리 장치(200)는 계측을 위한 계측 장치(307)와, 개별 부하 (313), 전기 자동차 충전기(314), 저장 장치 인버터(318) 등을 제어하는 제어 장치(308) 및 스마트 가전(309)과 통신을 수행한다. 이때 스마트 미터(305)와 가정용 전력 에너지 관리 장치(200)와의 사이, 그리고 계측장치(307), 제어장치(308), 스마트 가전(309)과 가정용 전력 에너지 관리 장치(200)와의 사이의 네트워크를 HAN (Home Area Network)(323)이라 하고, HAN(323)을 구성하는 장치에는 각각 Zigbee/ PLC 통신 모뎀이 내장되며, HAN(323)은 Zigbee Smart Energy Profile 등의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행한다.
가정용 전력 에너지 관리 장치(200)는 개별 부하 제어 장치(308) 및 부하 전력 사용량 계측 장치(307)와 연결되며, 가정용 전력 에너지 관리 장치(200)의 제어부(260)는 실시간 요금 정보 및 에너지 저장 상태에 따라 개별 부하(313)에 우선 순위를 적용하여 자동 제어를 수행한다. 그리고, 제어부(260)는 연결된 스마트 가전(309)의 전력 사용량을 모니터링 하고, 실시간 전력 요금 및 에너지 저장상태, 전력 사업자의 명령 등 정보에 따라 스마트 가전(309) 중 에어컨의 온도를 조절하거나, 냉장고 온도 조절, 스마트 가전 오프, 대기 전력 차단 등의 자동 프로그램에 따른 이벤트를 수행한다.
또한, 제어부(260)는 전기 자동차 충전기(314)의 충전정보를 모니터링 하고, 실시간 전력 요금 및 에너지 저장상태, 전력 사업자의 명령 등 정보에 따라 전기 자동차 충전을 대기하거나, 충전 권고 메시지를 차량에 전달하는 이벤트를 수행한다.
또한, 제어부(260)는 태양광 발전장치(315)의 태양광 발전 인버터(310) 및 계측장치(307)를 통해 태양광 발전량을 모니터링 하고, 실시간 전력 요금 및 에너지 저장상태, 전력 사업자 명령 등 정보에 따라 발전량을 그대로 사용하거나, 에너지 저장장치(319)에 저장하는 프로그램을 수행한다.
또한, 제어부(260)는 풍력 발전장치(316)의 풍력 발전 인버터(311) 및 계측장치(307)를 통해 풍력 발전량을 모니터링 하고, 실시간 전력 요금 및 에너지 저장상태, 전력 사업자 명령 등 정보에 따라 발전량을 그대로 사용하거나 에너지 저장장치(319)에 저장하는 프로그램을 수행한다.
또한, 제어부(260)는 연료 전지(317)의 연료 전지 인버터(312) 및 계측장치(307)를 통해 풍력 발전량을 모니터링 하고, 실시간 전력 요금 및 에너지 저장상태, 전력 사업자 명령 등 정보에 따라 발전량을 그대로 사용하거나 에너지 저장장치(319)에 저장하는 프로그램을 수행한다.
또한, 제어부(260)는 에너지 저장 장치(319)의 에너지 저장장치 인버터(318) 및 계측장치(307)를 통해 실시간 전력 요금 및 에너지 저장상태, 전력 사업자 명령 등 정보에 따라 제어 장치(308)를 통해 에너지 저장장치(319)에 저장된 전력 에너지를 사용하거나, 그대로 저장하는 프로그램을 수행한다.
또한, 제어부(260)는 스마트 미터(305)와 통신을 수행하는 제1 통신부(210)로부터 수신된 실시간 요금 정보와 현재의 총 전력 사용량 정보를 표시부(230)에 표시하고, 상기 수신된 정보로부터 프로그램의 동작 이벤트를 변화시킨다. 또한, 제어부(260)는 HAN 구성 장치와 통신을 수행하는 제2 통신부(220)로부터 부하별 계측량과, 신 재생 발전량, 전기 자동차 충전 정보, 에너지 저장량의 정보를 전달받고, 자동 제어 프로그램 명령을 전달한다.
한편, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치의 표시부의 메인 화면 및 프로그램 정보 화면을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 이는 메인 화면을 나타낸 것으로서, 메인 화면에서는 도시된 바와 같이, 현월 사용량 및 현월 사용 금액, 금일 사용량 및 금일 사용 금액, 태양광, 풍력, 연료전지 발전량 및 에너지 저장장치의 에너지 저장량을 나타낸다. 또한, 실시간 요금제의 현재 전기 요금 및 현재 적용 프로그램 명칭, 전력 회사로부터 받은 이벤트 등을 표시한다.
도 5를 참조하면, 전력 에너지 관리 프로그램은 몇 가지로 운영될 수 있으며, 실시간 요금 정보에 따라 프로그램이 분류된다. 자동 제어 프로그램은 요금 정보에 따라 프로그램 종류가 나뉘며, 수동 제어 프로그램은 수동으로 제어하고자 하는 항목을 선택하고, 온도 등의 값 세팅이 가능하다. 도 5의 예시는 프로그램 1이 적용된 경우를 나타낸 것으로서, 프로그램 1은 최대 절전모드로 실시간 요금이 임계값 000원/kwh 이상 시에 적용된다.
프로그램 1에서는 1순위로 신 재생 발전 전력을 사용하고, 사용시 부족분은 에너지 저장장치의 저장 에너지를 사용한다. 이때 사용량에 대한 부족분이 발생할 경우에는 전력 사업자가 공급하는 전력을 사용한다. 전기 자동차의 충전이 시행되고 있을 경우에는 충전을 중지하고 대기상태로 돌입한다. 조명은 최소 생활 조명인 0단계 조명을 일괄 적용하고, 스마트 에어컨의 온도는 00도를 적용하며, 스마트 냉장고 및 김치 냉장고의 온도도 00도를 적용한다. 스마트 세탁기 동작 시에는 동작을 중지하고 대기 상태로 유지한다. 미사용되고 있는 부하는 대기전력을 모두 차단시킨다.
도 6을 참조하면, 이는 프로그램 2의 정보 화면을 나타낸 것으로서, 프로그램 2는 에너지 저장 모드로 실시간 요금이 임계값 000원/kwh 이하 시에 적용된다.
프로그램 2에서는 1순위로 유틸리티 전력을 사용하고, 신재생 에너지 발전량은 즉시 에너지 저장장치에 저장한다. 에너지 저장장치의 저장량이 100%에 도달했을 때에는 저장을 중지하고, 유틸리티 전력 및 신재생 에너지를 사용한다. 전기 자동차의 충전이 중단되었을 때에는 충전을 재개하고, 수용가에게 전기 자동차 충전을 디스플레이 화면을 통해 권고한다. 세탁기 동작이 중단되었을 경우, 동작을 재개하고, 미 사용시 수용가에게 세탁기 사용을 디스플레이 화면을 통해 권고한다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 가정용 전력 에너지 관리 장치는 댁내 전력 에너지 장치의 연계 운용을 위한 별도의 장치 없이도 댁내 전력 에너지 장치의 통합 관리 및 제어가 가능하다.
또한, 수용가의 중앙에서 스마트 미터와 HAN 구성 장치를 연결하는 통로 역할을 수행하여, 전력 회사의 명령을 전달받아 수용가 전력 제어 프로그램의 수행이 가능하고, 댁내의 신 재생 에너지 발전 시스템 및 에너지 저장장치의 통합 관리/제어가 가능하다.
또한, 실시간 요금 정보를 확인하여, 요금에 따른 전력 에너지 생산, 저장, 사용, 제어에 관한 자동 프로그램 수행이 가능하고, 전기자동차 충전에 관한 충전 정보를 상위 전력 사업자에게 전달할 수 있으며, 요금 및 에너지 저장량에 따라 전기 자동차의 충전 제어가 가능하다.
따라서, 에너지 관리 자동 제어 프로그램을 통한 수용가의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있고, 댁내 에너지 생산, 저장에 관한 효율적인 운용이 가능하며, 실시간 요금 운용을 통한 경제적인 이익을 창출할 수 있다. 또한, 전력 회사가 수용가와 연결됨으로써 전력회사의 전력 사용량 피크치 절감 명령을 전달하여 전력 사용의 피크치 조절이 가능하다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101,301...전력 사업자 데이터 관리 시스템
102,302...전력 사업자 데이터 수집 시스템
103,303...데이터 중계 장치 104,304...데이터 집중 장치
105,305...스마트 미터 107,307...계측 장치
108,308...제어 장치 113,313...개별 부하
200...(본 발명) 가정용 전력 에너지 관리장치
210...제1 통신부 220...제2 통신부
230...표시부 240...사용자 조작부
250...데이터베이스 260...제어부

Claims (13)

  1. 상위 계층의 스마트 미터를 통해 전력회사의 전력 관리 시스템과 통신을 수행하는 제1 통신부;
    하위 계층의 계측 장치 및 스마트 가전과 통신을 수행하는 제2 통신부;
    전력 사용량, 에너지 생산량, 에너지 저장량 및 현재 적용되고 있는 에너지 관리 자동 프로그램을 표시하는 표시부;
    사용자에 의한 수동 제어를 위한 사용자 조작부;
    에너지 관련 데이터를 저장 및 관리하는 데이터베이스; 및
    상기 제 구성요소들의 동작 및 상태를 제어 및 관리하고, 상기 전력회사의 전력 관리 시스템으로부터 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 수신하며, 수신된 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 바탕으로 하위 계층의 HAN(home area network) 구성 장치를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 전기 자동차 충전기의 충전정보 및 태양광 발전량을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과를 표시하도록 상기 표시부를 제어하는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통신부는 지그비(Zigbee) 및 PLC(programmable logic controller) 통신 모뎀을 내장하며, 지그비(Zigbee) 또는 PLC 통신 모뎀을 이용하여 상위 계층의 스마트 미터와 통신하는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 통신부는 지그비(Zigbee) 및 PLC 통신 모뎀을 내장하며, 지그비(Zigbee) 또는 PLC 통신 모뎀을 이용하여 하위 계층의 HAN 구성 장치와 통신하는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 통신부는 상기 HAN 구성 장치와 표준 프로토콜을 이용하여 네트워크 통신을 수행하는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 표준 프로토콜로 지그비 스마트 에너지 프로파일(Zigbee Smart Energy Profile)이 사용되는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표시부는 상기 전력 사용량으로서 현월 사용량과 오늘의 사용량을 표시하는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표시부는 현재의 전기 요금 및 이벤트 관련 사항을 더 표시하는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에는 전력 사용량 및 전력 사용량의 피크치 정보, 실시간 요금 정보에 따라 수용가의 전력 에너지 절감 및 전력 에너지의 효율적 운용을 위한 소프트웨어 프로그램이 내장되는 가정용 전력 에너지 관리 장치.
  9. 하위 계층의 계측 장치, 스마트 가전 및 상위 계층의 전력 관리 시스템과 통신을 수행하며, 상기 상위 계층의 전력 관리 시스템으로부터 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 수신하고, 수신된 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 바탕으로 하위 계층의 HAN(home area network) 구성 장치를 제어하는 가정용 전력 에너지 관리 장치;
    상기 가정용 전력 에너지 관리 장치와 상기 상위 계층의 전력 관리 시스템과의 통신이 가능하도록 연계하고, 상기 가정용 전력 에너지 관리 장치로부터의 신호를 수신하여 상위 계층으로 전달하는 스마트 미터;
    다수의 상기 스마트 미터의 수용가 전력 사용 데이터를 수집하여 상위 계층으로 전달하는 데이터 집중 장치;
    다수의 상기 데이터 집중장치를 통해 수집되는 대용량의 데이터를 상위 계층으로 전달하는 전력 사업자 데이터 수집 시스템; 및
    상기 전력 사업자 데이터 수집 시스템을 통해 대용량의 데이터를 수신하여 분석 및 처리하고, 실시간 요금 정보 및 전력 에너지 절감에 관한 명령을 상기 가정용 전력 에너지 관리 장치로 전송하는 전력 사업자 데이터 관리 시스템;을 포함하며,
    상기 가정용 전력 에너지 관리 장치는 전기 자동차 충전기의 충전정보 및 태양광 발전량을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과를 사용자에게 표시하는 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가정용 전력 에너지 관리 장치와 상기 스마트 미터 간은 Zigbee Smart Energy Profile의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행하는, 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 스마트 미터와 상기 데이터 집중 장치 간은 ANSI 또는 IEC의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행하는, 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 데이터 집중 장치와 상기 데이터 중계 장치 간은 ANSI 또는 IEC의 표준 프로토콜을 적용하여 통신을 수행하는, 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 데이터 중계 장치와 전력 사업자 데이터 수집 시스템 및 전력 사업자 데이터 수집 시스템 간의 네트워크는 전력 회사 고유의 프로토콜을 적용하여 운영되는, 가정용 전력 에너지 관리 장치를 이용한 통합 전력 에너지 관리 시스템.
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