KR101172602B1 - 가전기기별 전력 관리를 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

가전기기별 전력 관리를 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가전기기별 전력 관리를 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 가전기기별 전력 관리를 위한 방법에 있어서, (a) 일정 기간마다 다수 개의 가전기기에서 소비되는 전력 정보를 수집하는 단계, (b) 상기 수집된 전력 정보를 기초로 상기 가전기기별로 전력소비패턴을 획득하는 단계, (c) 상기 획득된 전력소비패턴을 주파수 영역으로 변환하여 상기 각각의 가전기기를 식별하는 단계, 및 (d) 상기 식별된 가전기기마다 대응되는 각각의 상기 전력소비패턴을 참조로 하여 상기 각각의 가전기기가 제어되도록 하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 종래의 가전기기를 교체 없이 사용하면서도 가전기기별 전력소비에 관한 정보를 수집할 수 있어 효율적이고, 가전기기별로 전력소비패턴을 분석함으로써 각각의 가전기기를 합리적으로 식별하고 모니터링할 수 있다.

Description

가전기기별 전력 관리를 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{METHOD, SYSTEM AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM FOR ADMINISTRATING ELECTRIC POWER PER APPLIANCE}
본 발명은 가정 내 가전기기별로 전력 관리를 수행하기 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 가전기기별로 전력 소비 정보를 수집하고, 이를 통해 가전기기별로 전력 패턴을 분석하여 각각의 가전기기를 식별하고, 식별된 가전기기별로 최적화된 전력관리 서비스를 제공할 수 있는 방법, 시스템 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
산업화, 정보화 시대가 발전함에 따라 에너지 소비(특히, 전기 에너지)가 급격하게 증가하고 있다. 이러한 전기 에너지를 안정적이고 효율적으로 사용하기 위한 노력이 소위 스마트 그리드(Smart Grid)라는 이름 하에 전 세계적으로 진행되고 있다.
스마트 그리드란, 기존의 전력망에 IT기술을 접목하여 효율적으로 전력을 생산, 전송, 배분, 소비하는 시스템이라고 할 수 있는데, 이 중에서도 전력 공급자와 소비자가 실시간으로 전력에 대한 정보를 교환하면서 에너지 소비 시간을 변경하고, 에너지 소비량을 감소할 수 있는 AMI(Advanced Metering Infrastructure)는 스마트 그리드의 주요한 기술로 주목받고 있다.
지금까지의 스마트 그리드는 전력공급자의 관점에서 관리의 편의성과 전력망의 안정성을 확보하는 것이 주된 관심사였지만, 이는 소비자 관점에서는 공감하기 미흡하다는 한계가 있었다.
구체적인 일례로, 한국전력공사가 독거 노인 가정의 전기 사용량을 수집하여, 일정기간 동안 변동이 없으면 자동으로 사회복지사나 친지에 알려주는 서비스를 2009년 시범 실시하였다. 이러한 서비스는 전력소비정보를 바탕으로 생활패턴을 학습한 후, 생활패턴의 변화를 감지하여 제공하는 서비스로, 이를 구현하기 위해서 수용가 가정 전체의 전력 소비 패턴을 분석하는 과정이 수행되어야 했다.
하지만, 이러한 가정 전체의 전력 소비 패턴을 분석하는 방식으로는 가전기기마다 상세한 전력소비정보를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 가정 내 가전 제품들이 스마트 그리드와 연계되어 각종 서비스를 사용자에게 제공하기 위해서는 표준화를 통하여 새로운 서비스를 제공하는 것이 가장 좋은 방법인데, 하지만 가정에서 스마트 그리드와 연계하여 가전기기별 전기 사용량을 확인하고 전기 요금을 절약하기 위하여 보유하고 있는 가전기기들을 수요반응 대응이 가능한 가전기기로 모두 교체 하여야 하며 이는 오랜 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 그러므로, 기존 가전기기들을 사용하면서도 가전기기별 전기 사용량을 모니터링할 수 있다면, 사용자가 에너지 소비현황을 참고하여 에너지를 절감하는 효과를 아주 손쉽게 실현할 수 있을 것이다.
따라서, 이와 같이 스마트 그리드와 연계되어 소비자에게 보다 가치 있는 서비스를 제공하기 위해서는, 가전기기를 합리적으로 식별하기 위한 알고리즘의 개발이 필요하고 가전기기기별로 소비하는 전력소비정보를 수집하고 분석하여 보다 효율적으로 전기 에너지를 관리할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 가전기기를 교체하지 않고 그대로 사용하면서도 가전기기별로 전력소비패턴을 모니터링할 수 있는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 각각의 가전기기의 전력소비패턴을 분석하여 각각의 가전기기를 합리적으로 식별할 수 있는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가전기기별 전력소비패턴을 분석하여 전체적인 전력 소비를 절감할 수 있는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가전기기별로 다수 개의 통신 경로를 구비하여 통신 안정성을 향상시킬 수 있는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 가전기기별 전력 관리를 위한 방법에 있어서, (a) 일정 기간마다 다수 개의 가전기기에서 소비되는 전력 정보를 수집하는 단계, (b) 상기 수집된 전력 정보를 기초로 상기 가전기기별로 전력소비패턴을 획득하는 단계, (c) 상기 획득된 전력소비패턴을 이용하여 상기 각각의 가전기기를 식별하는 단계, 및 (d) 상기 식별된 가전기기마다 대응되는 각각의 상기 전력소비패턴을 참조로 하여 상기 각각의 가전기기가 제어되도록 하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 가전기기별 전력 관리를 위한 시스템에 있어서, 일정 기간마다 다수 개의 가전기기에서 소비되는 전력 정보를 수집하고, 상기 수집된 전력 정보를 기초로 상기 가전기기별로 전력소비패턴을 획득하는 검출 장치, 및 상기 획득된 전력소비패턴을 이용하여 상기 각각의 가전기기를 식별하고, 상기 식별된 가전기기마다 대응되는 각각의 상기 전력소비패턴을 참조로 하여 상기 각각의 가전기기가 제어되도록 하는 데이터 분석 장치를 포함하는 시스템이 제공된다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공된다.
본 발명에 의하면, 종래의 가전기기를 교체 없이 사용하면서도 가전기기별 전력소비에 관한 정보를 수집할 수 있어 효율적이다.
또한, 본 발명은 가전기기별로 전력소비패턴을 이용하여 이를 분석함으로써 자동으로 각각의 가전기기를 합리적으로 식별할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가전기기별 전력소비패턴을 분석하여 대기전력을 차단하고 필요할 때 전력 공급을 다시 재개함으로써 전력 절감 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가전기기별 전력소비패턴을 분석하여 고장 여부를 실시간으로 감시할 수 있어, 사고를 미연에 방지하거나 사용자에게 효율적으로 알려 줄 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가전기기마다 다수의 통신 포트를 구성하여 통신 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기별 전력소비를 관리하기 위한 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치(200)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치(300)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치(400)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 가전기기별 전력소비에 관한 정보가 제공되고 있는 것을 나타내는 인터페이스 화면을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치(200)에 의해 검출된 가전기기별 사용 전력량의 변화를 일정 기간 동안 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 가전기기별 사용 전력량의 변화를 주파수 영역으로 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기별 사용 전력량의 변화를 스펙트로그램(Spectrogram)으로 나타내는 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 해당 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항들에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조 부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
전체 시스템의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 가전기기별로 전력 관리를 수행하기 위한 전체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템은 가전기기(100), 복수의 검출 장치(200), 인터페이스 장치(300), 데이터 분석 장치(400), 데이터베이스(500) 및 표시 장치(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기(100)는 전기 에너지를 이용하여 구동하는 기기를 총칭하는 것으로, 일례로, 본 발명에서는 냉장고, 전기밥솥, TV, 세탁기와 같은 기기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 전기기기를 포괄하는 것으로 이해될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치(200)는 전원(예를 들면, 상용전원)으로부터 가전기기(100)에 전력이 공급될 때 가전기기(100)별로 사용되는 소비전력에 관한 정보를 수집하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 검출 장치(200)는 수집된 소비전력 정보를 기초로 가전기기(100)마다의 전력소비패턴을 산출하기 위해 소비전력의 전압과 전류를 측정하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 검출 장치(200)는 측정된 전압과 전류를 이용하여 위상차 정보를 산출하여 가전기기(100)마다의 전력 사용량을 산출할 수 있다.
또한, 각각의 검출 장치(200)는 이후 설명되는 데이터 분석 장치(400)에서 수행되는 가전기기(100)마다의 전력 분석에 따라 대기전력을 차단하고, 필요할 경우 다시 전력 공급을 재개함으로써 전력 절감 효과를 얻을 수 있는 기능을 더 수행할 수 있다.
이러한 검출 장치(200)의 구체적인 구성은 도 2 이하를 참조한 이하의 상세한 설명을 통해 자세히 알아보기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예 따른 인터페이스 장치(300)는 각각의 검출 장치(200)에서 측정된 가전기기(100)마다의 전력 소비에 관한 정보를 소정의 통신 경로로 선택적으로 다른 구성들[예를 들면, 데이터 분석 장치(400), 데이터베이스(500), 표시 장치(600)]로 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
즉, n개의 가전기기(100) 중 어느 하나의 가전기기(100)의 정보만을 선택적으로 제공함으로써, 본 발명에 의한 가전기기(100)별 전력 관리 서비스를 구현할 수 있다.
또한, 인터페이스 장치(300)는 하나의 가전기기(100)마다 다수 개의 통신 경로를 구비하여 검출 장치(200)와 통신 안정성을 확보할 수 있는데, 이러한 인터페이스 장치(300)에 관하여는 도 3 이하를 참조한 이하의 상세한 설명을 통해 자세히 알아보기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예 따른 데이터 분석 장치(400)는 인터페이스 장치(300)를 통해 제공되는 가전기기(100)에 관한 정보를 분석하여 개별 가전기기(100)를 식별하고 식별된 가전기기(100)에 관하여 진단하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들면, 데이터 분석 장치(400)는 가전기기(100)마다의 전력소비패턴을 분석하여 전력을 절감하도록 지원할 수 있다. 또한, 가전기기(100)의 사용 시간을 분석하여 대기전력이 차단 또는 공급되도록 함으로써 전력을 절감하도록 지원할 수 있다.
또한, 데이터 분석 장치(400)는 가전기기(100)마다의 전력소비패턴에 대한 분석을 통해 각각의 가전기기(100)의 고장여부를 진단하도록 지원할 수 있다.
이러한 데이터 분석 장치(400)에 관하여는 도 4 이하를 참조로 한 상세한 설명을 통해 자세히 알아보기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예 따른 데이터베이스(500)는 인터페이스 장치(300)로부터 수신된 가전기기(100)마다의 전력 사용량을 포함하는 데이터를 가전기기(100)별로 저장하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 비록 도 1에서는 데이터베이스(500)가 별도로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명을 구현하는 당업자의 필요에 따라, 각각의 검출 장치(200), 인터페이스 장치(300), 데이터 분석 장치(400) 및 표시 장치(600) 중 적어도 어느 하나에 포함되어 구성될 수도 있다. 한편, 본 발명에 따른 데이터베이스(500)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 포함하는 개념으로서, 협의의 데이터베이스뿐만 아니라 파일 시스템에 기반한 데이터 기록 등을 포함하는 넓은 의미의 데이터베이스도 포함하여 지칭하며, 단순한 로그의 집합이라도 이를 검색하여 데이터를 추출할 수 있다면 본 발명에서 말하는 데이터베이스(500)에 포함된다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예 따른 표시 장치(600)는 디지털 연산 처리된 결과를 디스플레이할 수 있는 장치로서 소정의 디스플레이 패널을 통하여 소정의 영상을 디스플레이하는 기능을 수행하는 장치일 수 있다. 이러한 표시 장치(600)는 상술된 인터페이스 장치(300)에서 제공되는 전력 사용량을 포함하는 정보 또는 데이터 분석 장치(400)에서 제공되는 전력소비패턴 및/또는 전력소비패턴에 대한 분석 정보를 디스플레이하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 표시 장치(600)는 데이터베이스(500)에 저장된 전력 사용량을 포함하는 정보를 디스플레이하는 기능을 수행할 수 있는데, 이때, 이러한 정보를 인터페이스 장치(300)를 통해 제공받을 수도 있으나, 데이터베이스(500)로부터 직접 제공받을 수도 있다.
이러한 표시 장치(600)는, 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터와 같은 PC, 게임기, 스마트 폰, 프로젝터, PDA 폰 등이 두루 채용될 수 있을 뿐만 아니라, 워크스테이션, 디지털 TV 수신기, 전자 여행자 가이드, 전자 간판 등과 같이, 디스플레이 수단과 메모리 수단을 내장하고 간단한 마이크로프로세서(microprocessor)를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 장치라면, 얼마든지 다양하게 본 발명에 따른 표시 장치(600)로서 채택될 수 있다.
한편, 이상의 설명에서는 표시 장치(600)는 디스플레이부와 디지털 처리부가 포함되어 있는 것으로 언급되었지만, 본 발명을 구현하는 당업자의 필요에 따라서는, 디스플레이부와 디지털 처리부를 서로 분리하여 구성하거나, 디지털 처리부의 적어도 일부 모듈을 데이터 분석 장치(400) 등의 외부 장치에 포함하여 구성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 가전기기별 전력소비에 관한 정보가 제공되고 있는 것을 나타내는 인터페이스 화면을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 표시 장치(600)에는 가전기기(100)별 전력소비에 관한 정보가 제공되고 있는 인터페이스 화면(20) 내에 “가전기기별 전력 사용 비율”, “요일별 누적 전력량 및 사용 전력량”, “가전기기별 전력 사용 패턴” 등에 관한 정보가 디스플레이될 수 있다.
구체적으로, “가전기기별 전력 사용 비율”은 냉장고, TV, 전기밥솥, 세탁기 등의 가전기기(100)마다의 소비전력 비율을 시각적으로 이용하여 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, “요일별 누적 전력량 및 사용 전력량”은 시간(예를 들면, 요일별)에 따른 가전기기(100)의 소비 전력 특성을 효율적으로 제공할 수 있다.
또한, “가전기기별 전력 사용 패턴”은 냉장고, TV, 전기밥솥, 세탁기 등의 가전기기(100)마다의 소비 전력 변화의 패턴을 효율적으로 제공할 수 있다.
따라서, 사용자는 상술된 다양한 소비 전력에 관한 정보를 모니터링하여 전력을 효율적으로 절감할 수 있다.
이상에서 설명된 검출 장치(200), 인터페이스 장치(300) 및 데이터 분석 장치(400)의 보다 구체적인 구성과 구동 방법에 대한 이해를 돕기 위해, 이하의 상세한 설명을 참조할 수 있다.
검출 장치의 구성
이하에서는, 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 각각의 검출 장치(200) 중 임의의 하나의 검출 장치(200)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 검출 장치(200) 중 임의의 하나의 검출 장치(200)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치(200)는 전원 연결부(210), 전력 측정부(220), 통신부(230) 및 제어부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전원 연결부(210), 전력 측정부(220), 통신부(230) 및 제어부(240)는 프로그램 모듈들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈들은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결부(210)는 외부에 위치하는 전원공급장치(10)와 연결되어, 가전기기(100)에 전원을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 전원공급장치(10)에서 제공되는 상용 전력이 전원 연결부(210)를 통해 가전기기(100)에 공급될 수 있다.
또한, 전원 연결부(210)는, 데이터 분석 장치(400)에서 가전기기(100)의 사용 시간을 분석하여 대기전력을 차단하는 것이 바람직하다고 판단할 경우, 전원공급장치(10)에서 가전기기(100)로 전원이 공급되는 것을 차단하는 기능을 더 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 측정부(220)는 가전기기(100)에서 사용되는 전력량을 측정하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 전력 측정부(220)는 가전기기(100)별로 주기적으로 전력 사용량을 측정하여 이를 인터페이스 장치(300)로 제공할 수 있는데, 가전기기(100)별 소비 전력을 측정하기 위하여 전압과 전류를 검출하고, 검출된 전압과 전류의 위상차를 산출하여 소비 전력을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(230)는 상기와 같이 검출된 소비 전력에 관한 정보를 인터페이스 장치(300)로 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
이때, 통신부(230)는 통신 안정성을 확보하기 위해 적어도 두 개의 통신 경로를 가지는 것이 바람직하다. 일례로, 통신부(230)는 와이파이(Wi-Fi) 채널, PLC(Power Line Communication) 채널을 포함하여 통신 경로를 구성할 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 공지된 다양한 유/무선 통신 방식을 제한 없이 사용할 수 있을 것이다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(240)는 전원 연결부(210), 전력 측정부(220) 및 통신부(230) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 제어부(240)는 외부로부터의 또는 검출 장치(200)의 각 구성요소 간의 데이터의 흐름을 제어함으로써, 전원 연결부(210), 전력 측정부(220) 및 통신부(230)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
인터페이스 장치의 구성
이하에서는, 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 인터페이스 장치(300)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치(300)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치(300)는 다수 개의 노드(310) 및 선택부(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노드(310)는 검출 장치(200)에 포함되는 n개의 검출 장치(200)와 각각 연결되는데, 이때, 적어도 두 개의 통신 포트(311, 312)를 포함하여 안정적인 통신 기능을 수행할 수 있도록 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택부(320)는 다수 개의 노드(310) 중 어느 하나를 선택하여 해당 노드(310)와 연결된 검출 장치(200)로부터 제공되는 전력에 관한 정보를 다른 구성들[예를 들면, 데이터 분석 장치(400), 데이터베이스(500), 표시 장치(600)]로 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 선택부(320)는 각각의 가전기기(100)에 연결되어 있는 다수 개의 통신 경로를 제어하여 통신 안정성을 확보할 수 있는데, 예를 들면, 통신 장애 정도를 참조로 하여 노드(310)를 구성하는 제1 포트(311), 제2 포트(312) 중 어느 하나를 선택하는 기능을 더 수행할 수 있다.
따라서, 선정된 통신 포트를 통하여 정보를 송수신하는 경우 만약 선정된 통신 포트에 이상이 발생된다고 하더라도 다른 통신 포트를 이용하여 동일한 검출 장치(200)와 통신할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 장치(200)에 의해 검출된 가전기기별 사용 전력량의 변화를 일정 기간 동안 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 가전기기(100)가 가령 냉장고, 전기밥솥, TV, 세탁기일 경우, 검출 장치(200)를 통해 검출된 소비 전력에 관한 정보를 다음과 같이 확인할 수 있다.
예를 들면, 30초 간격으로 약 1일간 검출 장치(200)에서 수집되어 인터페이스 장치(300)를 통해 데이터베이스(500)에 저장되었거나 데이터 분석 장치(400)로 제공되는 전력 사용량을 냉장고, 전기밥솥, TV 및 세탁기별로 시간에 따라 그래프로 표현되도록 할 수 있다. 이때, X축은 시간(Second), Y축은 전력(Watt)을 의미한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 냉장고의 경우 전력소비패턴이 일정한 주기를 유지하는 것을 확인할 수 있고, 전기 밥솥의 경우 보온 상태를 유지하기 위해서 지속적으로 특정 패턴을 가지면서 전력을 소비하는 모습을 확인할 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, TV의 경우 TV를 시청할 때는 일정량의 전력을 소비하고 시청하지 않을 때는 전혀 전력을 소비하지 않는 극명한 차이를 가지는 것을 확인할 수 있고, 세탁기의 경우는 사용자가 세탁기를 사용한 시간에 한정하여 일정한 패턴을 나타냄을 확인할 수 있다.
따라서, 가전기기(100)마다 고유의 전력소비패턴이 존재함을 확인할 수 있는데, 이러한 정보는 데이터 분석 장치(400)를 통해 구체적으로 분석될 수 있을 것이다. 또한, 이러한 분석된 데이터는 표시 장치(600)를 통해 사용자에게 제공될 수도 있을 것이다.
데이터 분석 장치의 구성
이하에서는, 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 데이터 분석 장치(400)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치(400)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 분석 장치(400)는 분석부(410), 관리부(420), 통신부(430) 및 제어부(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분석부(410), 관리부(420), 통신부(430) 및 제어부(440)는 프로그램 모듈들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈들은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 분석부(410)는 인터페이스부(300)를 통해 제공되는 소비 전력에 관한 정보를 분석하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 소비 전력에 관한 정보는 데이터베이스(500)에 저장된 정보일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 분석부(410)는 이러한 소비 전력에 관한 정보(예를 들면 도 6)를 기초로 가전기기(100)의 종류를 판별할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 분석부(410)는 소비 전력에 관한 정보를 주파수 영역으로 변환할 수 있으며, 주파수 영역으로 변환된 전력소비패턴을 참조로 할 때, 각각의 가전기기들을 제1 가전기기 부류 및 제2 가전기기 부류로 나눌 수 있다. 가령, 타 가전기기들에 비해 소정의 임계치 이상으로 높은 크기값을 보이는 주파수 대역이 존재하면 제1 가전기기 부류로 식별하고, 타 가전기기들에 비해 상기 소정의 임계치 이상으로 높은 크기값을 보이는 주파수 대역이 존재하지 않는다면 제2 가전기기 부류로 식별할 수 있다.
또한, 상기 제1 가전기기 부류에 포함되는 각각의 가전기기들에 대해서도 보다 구체적으로 식별될 필요가 있는데, 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 분석부(410)는 제1 가전기기 부류에 포함되는 각각의 가전기기들마다 대응되는 상기 소정의 임계치 이상의 크기값을 보이는 주파수 대역을 참조로 하여 식별되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제2 가전기기 부류에 포함되는 각각의 가전기기들에 대해서도 보다 구체적으로 식별될 필요가 있는데, 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 분석부(410)는 제2 가전기기 부류에 포함되는 각각의 가전기기들마다 소정의 작은 시간 단위로 나누어 국소 푸리에 변환(short time Fourier Transform)을 수행하고 이를 분석함으로써 식별되도록 할 수 있다.
이에 대한 구체적인 설명은 도 7 내지 도 9를 참조로 후술한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 가전기기별 사용 전력량의 변화를 주파수 영역으로 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 가전기기(100)에 대한 전력소비패턴을 분석하여 가전기기(100)를 식별할 수 있는 규칙을 추출할 수 있다.
먼저, 주파수 영역에서 일정한 통계적인 성질을 유지하는지를 분석할 수 있는데, 24시간 동안 확보한 전력소비패턴 정보를 푸리에 변환(Fourier Transform)한 결과를 보여주고 있다.
특히, 도 7에서 알 수 있듯이 시간적으로 주기성을 보이는 냉장고와 전기밥솥의 경우, 각각 0.0004Hz(도 7)와 0.022Hz(도 8)에서 다른 가전기기들에 비해서 높은 값을 보이고 있다. 하지만, TV와 세탁기의 푸리에 변환(Fourier Transform) 결과는 시간적으로 주기성을 보이지 않으므로 다른 가전기기들과 크기값이 큰 차이가 없어 구분하기 어렵다.
한편, 냉장고, 전기 밥솥의 경우는 하루 종일 동작하지만, TV와 세탁기의 경우 사용자가 조작하면 동작을 시작하는 특징이 있다. 따라서, TV와 세탁기의 경우 하루 전체의 전력소비데이터를 분석하는 것보다, 작은 시간 단위로 나누어서 분석하는 것이 더 효과적일 수 있다.
따라서, TV와 세탁기의 경우 스펙트로그램(Spectrogram)을 이용하여 도 6의 데이터를 다시 분석하였으며, 이를 도 9를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가전기기별 사용 전력량의 변화를 스펙트로그램(Spectrogram)으로 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 256개의 샘플데이터(128분 = 256샘플 * 30초)에 대해서 국소 푸리에 변환(short time Fourier Transform)을 수행하고, 64 sample을 오버 랩(overlap)한 스펙트로그램이다.
구체적으로, 냉장고와 전기밥솥의 경우, 하루 데이터를 모두 분석한 것과 같이 모든 시간에 대하여 특정 주파수에서 큰 값을 보이고 있음은 예상한 바와 같다. 한편, TV의 경우는 처음과 중간 시간 영역(A)에서 전력소비패턴의 변화가 크게 나타났음을 알 수 있다. 또한, 세탁기의 경우는 시간적으로 처음과 끝 시간 영역(B)에 급격한 변화가 있다는 것을 알 수 있다.
이와 같이 전력패턴을 시간과 주파수 관점(푸리에 변환 및 국소 푸리에 변환을 적절히 사용하는 관점)에서 분석하면 4가지 가전기기를 보다 용이하게 식별하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 관리부(420)는 분석부(410)로부터 획득된 각 가전기기(100)의 식별자 정보 및 가전기기(100)별 전력소비패턴을 기초로 전력을 절감할 수 있도록 관리하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 아래에서 언급되는 예와 같이, 식별된 가전기기별로 사용자의 조작 행위를 파악하고, 이와 같이 파악된 사용자의 조작 행위를 참조로, 전력 소비를 절감하기 위한 방법을 제시해 줄 수 있다.
예를 들면, 사용자의 가전기기(100)마다의 전력소비패턴에 따라 적합한 전력 절감 정보를 표시 장치(600)를 통해 사용자에게 제공할 수도 있으며, 검출 장치(200)를 자동적으로 제어하여 전력이 절감되도록 제어할 수도 있다.
일례로, 냉장고는 일정한 사이클을 가지고 모터를 동작시켜 냉장고 내부의 온도를 유지한다. 하지만, 사용자가 문을 자주 여닫거나 장시간 열어서 사용하면, 모터의 동작 사이클에 변화가 생기고 성에를 제거하기 위한 내부 히터가 동작하게 된다. 이러한 냉장고 동작을 전력소비패턴을 분석하여 추정한 다음 사용자에게 제공하고 행동의 변화를 유도할 수 있다.
다른 예로는, 에어컨과 선풍기를 들 수 있다. 에어컨과 선풍기가 사용되는 빈도, 시간 및 위치를 분석한 후, 에어컨만 사용되고 있다고 판단이 된다면 사용자에게 에어컨과 선풍기를 함께 사용하여 전기소비를 줄일 것을 권장할 수 있다. 특히, 요일, 주간/야간과 같이 시간(기간)에 따른 가전기기(100)마다의 전력소비 정보를 더 이용할 수도 있다.
또한, 가전기기(100)의 사용 시간을 분석하여 대기전력을 차단 또는 공급함으로써, 전력을 절감하는 기술을 제공할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 가전기기(100)별로 사용자의 사용 패턴을 분석한 후, 사용자가 가전기기(100)를 사용하지 않는 시간과 사용하는 시간을 식별할 수 있다. 이러한 분석 결과를 기반으로 가전기기(100)마다 전력소비정보 수집을 위해서 부착된 검출장치(200)는 사용자가 가전기기(100)를 사용하지 않는 시간에 전기를 공급하지 않음으로써 대기전력을 차단할 수 있다. 그리고, 사용자가 가전기기(100)를 사용할 것으로 예상되는 시간에 전기를 공급하여 가전기기(100)를 대기상태로 전환시킬 수 있다.
또한, 데이터 분석 장치(400)는 가전기기(100)마다의 소비전력 분석을 통해 제품의 고장여부를 진단하는 기술을 제공할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 일차적으로 가전기기(100)를 식별하여 해당 기기의 정상적인 전력소비패턴과 정격소비전력을 파악한다. 이때, 정격소비전력파악을 위하여 웹과 연동하여 신제품의 정격소비전력을 참고할 수도 있다.
한편, 모니터링하고 있는 전력패턴이 정상적인 패턴과 달라졌음을 인식하거나, 정격소비전력보다 많은 전력 소비 패턴을 보인다면 사용자에게 경고메시지를 출력할 수 있다. 만일, 과다 전력소비로 화재의 위험이 있는 경우 전력모니터링 시스템은 전력을 차단할 수도 있고, 이상 현상의 원인이 부품의 고장으로 의심되는 경우는 추정되는 원인을 사용자에게 알려주고 에프터 서비스관련 정보를 제공할 수도 있다.
이해를 돕기 위한 예로서, 냉온수기와 냉장고를 들 수 있다. 냉온수기의 경우, 온도 센서가 오동작하여 장시간 전 열기가 동작하면 화재의 위험이 있을 수 있어, 전력소비패턴을 분석함으로써 화재를 방지할 수 있다. 냉장고의 경우, 전력소비패턴을 분석하여 비정상적으로 냉각기가 빈번하게 동작하면 냉매 부족을 의심하거나 모터의 성능저하를 체크하도록 사용자에게 정보를 제공할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(430)는 데이터 분석 장치(400)와 인터페이스 장치(300) 및 표시 장치(600) 등과 같은 외부 장치와 통신할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(440)는 분석부(410), 관리부(420) 및 통신부(430) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 제어부(440)는 외부로부터의 또는 데이터 분석 장치(400)의 각 구성요소 간의 데이터의 흐름을 제어함으로써, 분석부(410), 관리부(420) 및 통신부(430)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 가전기기
200: 검출 장치
300: 인터페이스 장치
400: 데이터 분석 장치
500: 데이터베이스
600: 표시 장치

Claims (13)

  1. 가전기기별 전력 관리를 위한 방법에 있어서,
    (a) 일정 기간마다 다수 개의 가전기기에서 소비되는 전력 정보를 수집하는 단계,
    (b) 상기 수집된 전력 정보를 기초로 상기 가전기기별로 전력소비패턴을 획득하는 단계,
    (c) 상기 획득된 전력소비패턴을 이용하여 상기 각각의 가전기기를 식별하는 단계, 및
    (d) 상기 식별된 가전기기마다 대응되는 각각의 상기 전력소비패턴을 참조로 하여 상기 각각의 가전기기가 제어되도록 하는 단계
    를 포함하되,
    상기 (c) 단계는,
    상기 획득된 전력소비패턴을 주파수 영역으로 변환하고 이를 참조로 할 때, 각각의 가전기기들을, 타 가전기기들에 비해 소정의 임계치 이상으로 높은 크기값을 보이는 주파수 대역이 존재하는 제1 가전기기 부류와 타 가전기기들에 비해 상기 소정의 임계치 이상으로 높은 크기값을 보이는 주파수 대역이 존재하지 않는 제2 가전기기 부류로 나누어 식별하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 가전기기마다 전압과 전류를 검출하는 단계, 및
    (b2) 상기 검출된 전압과 전류의 위상차를 이용하여 소비전력량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 제1 가전기기 부류에 포함되는 각각의 가전기기들은 각각의 가전기기들마다 대응되는 상기 소정의 임계치 이상의 크기값을 보이는 주파수 대역을 참조로 하여 식별되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 제2 가전기기 부류에 포함되는 각각의 가전기기들은 각각의 가전기기들마다 해당 전력소비패턴을 소정의 임계치 이하의 시간 단위로 나누어 국소 푸리에 변환(short time Fourier Transform)을 수행하여 분석함으로써 식별되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    일정 기간 동안 전력소비가 없는 전력소비패턴을 보이는 것으로 판단된 경우 상기 일정 기간 동안 상기 가전기기에 공급되는 전력이 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 가전기기별 전력소비 패턴을 분석하여,
    상기 전력소비패턴이 정상적인 패턴과 상이하거나, 각각의 정격소비전력보다 많은 전력소비패턴일 경우 경고 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 식별된 가전기기에 대한 정보를 기초로, 상기 식별된 가전기기별로 사용자의 조작 행위를 식별하는 단계, 및
    (d2) 상기 식별된 사용자의 조작 행위를 참조로, 전력 소비를 절감하기 위한 방법을 제시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 가전기기별 전력 관리를 위한 시스템에 있어서,
    일정 기간마다 다수 개의 가전기기에서 소비되는 전력 정보를 수집하고, 상기 수집된 전력 정보를 기초로 상기 가전기기별로 전력소비패턴을 획득하는 검출 장치, 및
    상기 획득된 전력소비패턴을 이용하여 상기 각각의 가전기기를 식별하고, 상기 식별된 가전기기마다 대응되는 각각의 상기 전력소비패턴을 참조로 하여 상기 각각의 가전기기가 제어되도록 하는 데이터 분석 장치
    를 포함하되,
    상기 데이터 분석 장치는,
    상기 획득된 전력소비패턴을 주파수 영역으로 변환하고 이를 참조로 할 때, 각각의 가전기기들을, 타 가전기기들에 비해 소정의 임계치 이상으로 높은 크기값을 보이는 주파수 대역이 존재하는 제1 가전기기 부류와 타 가전기기들에 비해 상기 소정의 임계치 이상으로 높은 크기값을 보이는 주파수 대역이 존재하지 않는 제2 가전기기 부류로 나누어 식별하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 검출 장치는,
    상기 가전기기마다 전압과 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압과 전류의 위상차를 이용하여 소비전력량을 산출하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 검출 장치로부터 상기 데이터 분석장치로 상기 전력소비패턴 정보가 전송되는 통신 경로를 선택하기 위한 인터페이스 장치를 더 포함하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 통신 경로는 상기 가전기기마다 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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