KR101251794B1 - 전력 측정 시스템 - Google Patents

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KR101251794B1
KR101251794B1 KR1020110100216A KR20110100216A KR101251794B1 KR 101251794 B1 KR101251794 B1 KR 101251794B1 KR 1020110100216 A KR1020110100216 A KR 1020110100216A KR 20110100216 A KR20110100216 A KR 20110100216A KR 101251794 B1 KR101251794 B1 KR 101251794B1
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백원진
이윤희
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Abstract

본 발명은 전압에 대해서 별도의 아날로그-디지털 컨버터를 통한 양자화 과정 없이 전기 기기의 전력량을 측정할 수 있도록, 전기 기기로 입력되는 전압의 실효값을 측정하는 스마트 미터; 및 상기 스마트 미터에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms) 및 상기 전기 기기에 연결된 전력선의 전류 순시값을 이용하여 상기 전기 기기의 전력량을 측정하는 전력 측정계;를 포함하는 전력 측정 시스템을 제시한다.

Description

전력 측정 시스템{POWER MEASURING SYSTEM}
본 발명은 전력 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압 신호를 양자화하기 위한 별도의 아날로그-디지털 컨버터없이 전기 기기의 전력을 측정하는 전력 측정 시스템에 관한 것이다.
가정에서 사용되는 가전제품 또는 사무실에서 사용되는 사무기기등과 같은 전기제품이 작동하기 위한 전력은 일반적으로 한국전력공사에서 운영하는 전력발전소와, 송전선로, 그리고, 배선선로의 순서를 통하여 공급되는 것이 특징이다.
이는 분산전원이 아닌 중앙전원의 성격을 가지고 있으며, 중앙에서 주변부로 퍼져나가는 방사형구조이고, 수요자 중심이 아닌 단방향의 공급자 중심이라는 특징을 가지고 있다.
또한, 그 기술기반은 아날로그 또는 전자기계적이고, 사고시 수동적으로 복구되어야하고, 설비 또한 수동적으로 복구되어야 한다는 문제점이 있었다.
이에 따라, 에너지의 효율성을 제고하기 위하여 최근에는 스마트 그리드(Smart Grid, 지능형 전력망)에 대한 연구가 활발하게 진행중이다. 스마트 그리드라 함은 현대화된 전력기술과 정보통신 기술의 융합과 복합을 통하여 구현된 차세대 전력시스템 및 이의 관리체제를 의미한다.
스마트 그리드는 현재의 중앙집중형, 일방향인 전력계통의 비효율성을 극복하기 위한 것으로 분산전원시스템을 핵심개념으로 한다. 신재생 에너지를 중심으로 다양한 분산전원이 도입되어 전력계통을 규모에 따라 분산적이고 독립적으로 운영할 수 있는 유연한 형태를 갖추게 되며, 각 계통에 센서, 미터들을 장착하여 소비자의 요구에 실시간으로 반응하는 지능화된 전력망이다.
이에 따라, 기존의 전력망과 정보통신 기술을 융합하여 소비자와 생산자가 양방향으로 실시간 정보를 교환할 수 있게 함으로써 전력의 수요와 공급을 균등하게 관리하여 효율적인 전력 생산을 가능하게 하며, 실시간으로 전력 사용에 대한 정보를 얻고 자동으로 전력 사용 시간과 전력 사용량을 통제하고, 전원을 다양화하는 등의 기능을 갖게 된다.
전력공급 상황, 피크 부하율 및 전력생산/공급가격에 따라 소비자가 가전제품의 사용을 조절하는 수요반응이 이뤄지기 위해서는 기본적으로 변동하는 전력 가격신호를 받고 현재 요구량을 전달하기 위한 스마트 미터의 보급이 확대될 것이고, 이와 더불어 가정 내에서 전력사용량이나 사용시간을 조절할 수 있는 스마트 가전제품이 필요하다.
스마트 가전제품에서는 이러한 요구사항에 해당하는 기능을 충족시키기 위해 각 기기 마다 필요로 하는 전력량을 측정하기 위한 전력 측정 시스템을 요구하고 있는 상태이다.
종래 전력 측정 시스템은 각 가전 제품으로 전송되는 전압을 측정하는 수단과 전류를 측정하는 수단을 갖추고, 이와 같은 수단에 의해 측정된 전압값 및 전류값 각각을 아날로그-디지털 컨버터로 출력한다.
상기 아날로그-디지털 컨버터는 마이크로 프로세서 유닛의 연산 과정에 이용될 있도록 상기 전압값 및 전류값 각각을 디지털 신호로 변환한 다음, 이를 마이크로 프로세서 유닛으로 출력한다.
그 다음, 위상 시프터(Phase shifter) 등을 이용하여 시스템 자체 내에서 발생한 위상 오차를 제거한 후, 상기 마이크로 프로세서 유닛에서 상기 전압 및 전류에 대한 디지털 신호값을 이용하여 유/무효 전력이나 주파수 등의 각 가전 제품의 소모 전력량을 측정한다.
그러나, 종래 이와 같은 전력 측정 시스템은, 상기 마이크로 프로세서 유닛의 연산에 필요한 디지털 신호를 산출하기 위하여 전압 및 전류 각각에 대해 고성능의 아날로그-디지털 컨버터를 요구하고, 이로 인하여 전력 측정 시스템을 구현하는데 많은 비용이 필요하였다.
또한, 이로 인해 가전 제품의 전력 소모량을 측정함에 있어 연산량이 늘어나고 복잡하게 되어, 전력 측정 시스템 자체에서 소비되는 전력량이 증가하는 불합리가 발생하였다.
그리고, 일반적으로 시그마 델타(Sigma delta) 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 디지털 변환을 하게 되는데, 시그마 델타(Sigma delta) 아날로그-디지털 컨버터 특성상 면적이 증가하여 시스템 온 칩(System On a Chip:SoC)의 사이즈가 커지는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전압에 대해서 별도의 아날로그-디지털 컨버터를 통한 양자화 과정 없이 가전 제품의 소모 전력량을 측정할 수 있는 전력 측정 시스템의 제공을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명은 전기 기기로 입력되는 전압의 실효값을 측정하는 스마트 미터; 및 상기 스마트 미터에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms) 및 상기 전기 기기에 연결된 전력선의 전류 순시값을 이용하여 상기 전기 기기의 전력량을 측정하는 전력 측정계;를 포함하는 전력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 전력 측정계는 상기 전력선의 전류 순시값을 아날로그-디지털 컨버터에서 측정 가능한 레벨로 강하하는 커렌트 트랜스포머(Current Transformer); 상기 커렌트 트랜스포머에 의해 강하된 전류 순시값을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 상기 스마트 미터에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을 전송받는 통신부; 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호와 상기 통신부에서 출력된 전압 실효값(Vrms)을 입력받아 상기 전기 기기의 전력량을 연산하는 마이크로 프로세서 유닛(Micro Processor Unit);을 포함하는 전력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 커렌트 트랜스포머는 상기 전력선의 라이브(Live) 라인 또는 중성(Netural) 라인에 연결되는 전력 측정 시스템을 제공한다.
상기 전력 측정계는 상기 전력선의 전압에 대한 제로 크로싱 포인트를 감지하는 제로 크로싱 감지부; 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호 및 상기 제로 크로싱 감지부에서 출력된 제로 크로스 신호를 입력받아 상기 전기 기기로 입력되는 전류와 전압의 위상오차를 측정하는 위상오차 측정부;를 추가로 포함하는 전력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 제로 크로싱 감지부는 상기 전력선의 라이브단에 애노드 단자가 연결되고, 뉴트럴단에 캐소드 단자가 연결되어 라이브단에 흐르는 전압에 따라 동작하는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드의 동작에 따라 온/오프되어 상기 위상오차 측정부로 제로 크로싱 신호를 출력하는 포토 트랜지스터;를 포함하는 포토커플러로 구성되는 전력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 마이크로 프로세서 유닛은 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호와, 상기 통신부에서 출력된 전압 실효값(Vrms), 그리고 상기 위상오차 측정부에서 측정된 위상오차값을 입력받아 상기 전기 기기의 전력량을 측정하는 전력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 마이크로 프로세서 유닛은 아래의 수식과 같이 산출할 수 있는, 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호에 대응하는 전류값과
Figure 112011076877146-pat00001
아래의 수식과 같이 산출할 수 있는, 상기 스마트 미터에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을
Figure 112011076877146-pat00002
곱하여 산출할 수 있는 아래의 수식에 대해
Figure 112011076877146-pat00003
적분을 취하고, 각 주기에 대해 적분값을 구한 다음, 이를 더하여 산출되는 아래의 수식에 따라
Figure 112011076877146-pat00004
상기 전기 기기의 전력량을 계산하는 전력 측정 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 전력 측정 시스템에 따르면, 전압에 대해서 별도의 아날로그-디지털 컨버터를 통한 양자화 과정 없이도 가전 제품의 소비 전력량을 측정할 수 있어, 저비용으로 전력 측정 시스템을 구현할 수 있고, 시스템 온 칩(SoC)의 사이즈를 작게 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 이에 따라, 가전 제품의 소비 전력을 측정함에 있어 연산 과정을 단순화할 수 있어, 전력 측정 시스템 자체에서 소비되는 전력량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 측정 시스템의 전체 블록도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 측정 시스템(100)의 전체 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 측정 시스템(100)은 전기 기기(120)로 입력되는 전압의 실효값을 측정하는 스마트 미터(110) 및 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms) 및 상기 전기 기기(120)에 연결된 전력선(122, 123)의 전류 순시값을 이용하여 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정하는 전력 측정계(130)를 포함할 수 있다.
상기 전기 기기(120)는 가정 내 비치되어 가정 또는 건축물에 공급되는 교류 전원을 사용하여 작동하는 가전 기기(consumer equipment)를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 가전 기기는 항시 사용되는 냉장고 등 뿐만 아니라, 컴퓨터, 모니터, 프린터, 스캐너, TV, VCR, 전자 레인지, 또는 세탁기 등과 같이 항상 사용되지 않고 일정한 목적을 달성하기 위하여 일정한 시간 동안에만 사용될 수 있는 모든 가전 기기를 포함할 수 있다.
상기 전력선(122, 123)은 라이브(live) 라인 및 중성(neutral) 라인으로 구성될 수 있으며, 전력 발전소(미도시)로부터 전력을 제공받아, 이를 다시 상기 전기 기기(120) 내에 포함된 전력 공급 유닛(Power Supply Unit:PSU)(121)으로 전력을 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 전력 공급 유닛(121)은 예를 들어, 스위치 모드 전원 공급 장치(SWITCH MODE POWER SUPPLY:SMPS)과 같이, 상기 전기 기기(120)에 전력을 제공할 수 있는 어떠한 형태의 유닛도 될 수 있음은 당업자 입장에서 자명하다.
상기 스마트 미터(Smart Meter)(110)는 에너지 관리 장치(Energy Management System:EMS)와 함께 스마트 그리드(Smart Grid, 지능형 전력망)라 불리는 차세대 전력 시스템의 구성 장치로써, 상기 스마트 미터(110)는 한국전력공사에서 운영하는 전력 발전소에서 옥내 또는 건물로 들어가는 배선로에 위치하여, 상기 전력 발전소에서 옥내 또는 건물로 전송되는 전력에 대한 전압 실효값을 측정할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정되는 전압 실효값은, 상기 전력선(122, 123)에 의해 상기 가전 기기 내의 전력 공급 유닛(121)에 제공되는 전력의 전압에 대한 실효값(Root Mean Square Value, 이하 RMS)으로, 아래의 수학식 1과 같이, 주기적으로 변동하는 전압 순시값의 제곱을 한 주기로 한 평균값의 제곱근으로 산출할 수 있다.
Figure 112011076877146-pat00005
전압 실효값(Vrms)은, 교류의 경우 그 세기가 일정하지 않고 시간에 따라 주기적으로 변하므로 어떠한 저항에 교류 전압을 인가하여 그 저항에서 소비되는 전력과 동일한 값의 직류 전압의 크기, 즉 교류 전압의 크기를 그 교류 전압과 동일한 일을 하는 직류 전압의 크기로 바꾸어 나타낸 값이므로, 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을 이용하여 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정하면, 마이크로 프로세서 유닛의 전력 측정 연산에 필요한 디지털 신호값 산출을 위한 별도의 아날로그-디지털 컨버터를 요구하지 않는다.
즉, 상기 전력 발전소(미도시)에서 배선로를 통해 옥내의 각 전기 기기(120)에 전달되는 전력의 전압값은 큰 변동없이 균일하게 상기 스마트 미터(110)에 의해 정격으로 관리되어 모든 전기 기기(120)에 동일하게 적용되므로, 전압에 대한 양자화 과정을 거치지 않고 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정되는 전압 실효값(Vrms)을 마이크로 프로세서 유닛(133)의 연산 과정에 곧바로 대입함으로써 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정할 수 있다.
이와 같은 방식에 따라 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정하는 경우, 전압에 대한 별도의 아날로그-디지털 컨버터를 요구하지 않으므로 저비용으로 전력 측정 시스템을 설계할 수 있고, 시스템 온 칩(System On Chip: SoC)의 사이즈를 크게 줄일 수 있다.
그리고, 이에 따라, 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정함에 있어 연산 과정을 단순화할 수 있어, 전력 측정 시스템 자체에서 소비되는 전력량을 줄일 수 있다.
다만, 상기 전류 순시값은 상기 각 전기 기기(120)의 사용 패턴 및 전기 기기(120)의 임피던스값에 따라 각각 상이할 수 있으므로, 상기 전기 기기(120)에 연결된 전력선(122, 123)을 통하여 각 가전 기기마다 측정이 이루어져야 하고, 이는 상기 전력 측정계(130)에서 수행될 수 있다.
상기 전력 측정계(130)는 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms) 및 상기 전기 기기(120)에 연결된 전력선(122, 123)의 전류 순시값을 이용하여 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정할 수 있다.
상기 전력 측정계(130)의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 전력 측정계(130)는 상기 전력선(122, 123)의 전류 순시값을 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 측정 가능한 스케일로 강하하는 커렌트 트랜스포머(131)와, 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을 전송받는 통신부(134), 그리고 상기 커렌트 트랜스포머(131)에 의해 강하된 전류 순시값을 디지털 신호값으로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터(132) 및 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 출력된 디지털 신호값와 상기 통신부(134)에서 출력된 전압 실효값(Vrms)을 입력받아 상기 전기 기기(120)의 전력량을 연산하고 각 회로부를 관리, 제어하는 마이크로 프로세서 유닛(Micro Processor Unit:MPU)(133)을 포함할 수 있다.
상기 커렌트 트랜스포머(Current Transformer:CT)(131)는 상기 전기 기기(120)에 연결된 전력선(122, 123)의 라이브(Live) 라인 또는 중성(Netural) 라인에 연결되어 상기 전기 기기(120)로 전송되는 전력의 전류 순시값을 강하하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 아날로그-디지털 컨버터(132)로 입력되는 값은 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 측정가능할 수 있는 일정한 레벨로 유지되어야 하는데, 상기 전력선(122, 123)을 통해 상기 전기 기기(120)로 전송되는 전류값은 수 암페어(A) 이상의 고전류값을 나타내므로, 상기 커렌트 트랜스포머(131)는 아날로그-디지털 컨버터(132)의 정상적인 작동을 위하여, 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 측정할 수 있는 레벨에 대응하는 저전류값으로 스케일 다운하는 것이다.
상기 커렌트 트랜스포머(131)에 의해 강하된 전류 순시값은 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)의 입력으로 전달될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전력 측정 시스템(100)은, 전류 강하를 위하여, 상기 커렌트 트랜스포머(131) 대신 상기 전기 기기(120)에 연결된 전력선(122, 123)의 라이브(Live) 라인 또는 중성(Netural) 라인에 대해 션트 저항(Shunt resistor)을 병렬로 연결할 수 있고, 그 외에도 본 발명이 속한 기술 분야에서 일반적으로 잘 알려진 전류 강하를 위한 다른 구성으로도 대체할 수 있음은 물론이다.
상기 아날로그-디지털 컨버터(132)는 상기 커렌트 트랜스포머(131)에 의해 강하된 전류 순시값에 대한 아날로그 신호값을 디지털 신호값으로 변환하는 기능을 수행하여 상기 마이크로 프로세서 유닛(133)(MPU)의 입력으로 전달할 수 있다.
상기 커렌트 트랜스포머(131)에 의해 강하된 전류 순시값에 대한 아날로그 신호는 사실상 다양하면서도 미세한 차이를 가진 신호를 형성한다. 이러한 차이를 수렴하기 위해서는 먼저 샘플링 과정을 통해서 측정된 아날로그 신호가 어떠한 형태로 발생되는지 확인하고, 이를 평준화하는 작업이 필요하다. 이와 같이, 미세한 차이를 보이는 아날로그 신호를 동일한 수준의 이산화된 디지털 신호로 평준화하는 것이 아날로그-디지털 컨버터(132)이다.
상기 통신부(134)는 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을 스마트 미터(110)로부터 전송받아 상기 마이크로 프로세서 유닛(133)에 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여 상기 통신부(134)는 블루투스, 지그비와 같은 무선 방식을 지원할 수 있고, 또는 PLC와 같은 유선 방식으로도 상기 스마트 미터(110)와 통신이 이루어질 수 있다. 한편, 도면에 도시되어 있지 아니하나 상기 스마트 미터(110) 내에서도 상기 통신부(134)와의 통신을 위해 통신 시스템이 구현되어 있음은 당업자 입장에서 자명할 것이다.
상기 마이크로 프로세서 유닛(133)은 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 출력된 디지털 신호값과 상기 통신부(134)에서 출력된 전압 실효값(Vrms)을 입력받아, 기 설정된 프로그램에 따라 상기 전기 기기(120)의 전력량을 계산할 수 있다. 또한, 이와 같이 계산된 값은 도면에 도시되어 있지 아니하나 EEPROM 등과 같은 메모리에 저장될 수 있다.
보다 정확한 전력량을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 전력 측정 시스템(100)은 상기 전력선(122, 123)의 전압에 대한 제로 크로싱 포인트를 감지하는 제로 크로싱 감지부(135)와, 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)에 의해 변환된 디지털 신호 및 상기 제로 크로싱 감지부(135)에서 출력되는 제로 크로스 신호를 이용하여 상기 전기 기기(120)로 입력되는 전류와 전압의 위상오차를 측정하는 위상오차 측정부(136)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제로 크로싱 감지부(135)는, 상기 전력선(122, 123)의 라이브(Live) 라인에 애노드 단자가 연결되고, 중성(Netural) 라인에 캐소드 단자가 연결되어 라이브단에 흐르는 전압에 따라 동작하는 발광 다이오드(135a)와, 상기 발광 다이오드(135a)의 동작에 따라 온/오프되어 상기 위상오차 측정부(136)로 제로 크로싱 신호를 출력하는 포토 트랜지스터(135b)를 포함하는 포토커플러로 구성될 수 있다.
상기 발광 다이오드(135a)에 전류가 인가되면, 발광 다이오드(135a)는 빛을 방사하고, 방사된 빛은 포토 트랜지스터(135b)를 턴온시켜 포토 트랜지스터(135b)의 컬랙터 단자에서 에미터 단자로 전류가 흐르게 된다. 상기 포토 트랜지스터(135b)가 턴온되면 포토 트랜지스터(135b)의 컬렉터 단자는 그라운드와 연결되므로 전압이 0V가 되어, 상기 위상오차 측정부(136)로 로우 레벨 신호를 출력하게 된다.
반대로, 상기 발광 다이오드(135a)에 전류가 인가되지 않으면 발광 다이오드(135a)는 빛을 방사하지 않고, 포토 트랜지스터(135b)는 턴오프 상태를 유지하게 된다. 이에 따라 포토 트랜지스터(135b)의 컬렉터 단자는 정전원과 연결되므로 전압이 5V가 되어, 상기 위상오차 측정부(136)로 하이 레벨 신호를 출력하게 된다.
이러한 동작에 따라 상기 전력선(122, 123)을 통하여 상기 전기 기기(120)로 전송되는 전압은 하이/로우 신호로 변환되어 상기 위상오차 측정부(136)의 입력값으로 출력되고, 상기 하이/로우 신호는 상기 위상오차 측정부(136)에서 아날로그-디지털 컨버터(132)의 샘플링 레이트(sampling rate)에 동기화된다. 상기 위상오차 측정부(136)는 동기화된 하이/로우 신호의 전압값과 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 입력받은 양자화된 전류값의 제로 크로싱 포인트간의 샘플링 차이를 토대로 위상오차를 측정할 수 있다.
한편, 상기 전력선(122, 123)을 통해 전송되는 높은 전압을 분배하기 위해 상기 발광 다이오드(135a)의 캐소드 단자는, 직렬로 연결된 저항들(R1, R2) 사이에 연결될 수 있고, 상기 발광 다이오드(135a)의 애노드 단자는 저항(R3)와 연결될 수 있다.
상기 마이크로 프로세서 유닛(133)은 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 출력된 디지털 신호값과, 상기 통신부(134)에서 출력된 전압 실효값(Vrms), 그리고 상기 위상오차 측정부(136)에서 측정된 위상오차값을 입력받아, 기 설정된 프로그램에 따라 상기 전기 기기(120)의 전력량을 보다 정확하게 계산할 수 있다. 또한, 이와 같이 계산된 값은 도면에 도시되어 있지 아니하나 EEPROM 등과 같은 메모리에 저장될 수 있다.
이제, 상기 마이크로 프로세서 유닛(133)에 기 설정된 프로그램에 의해 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정하는 계산식에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
상기 마이크로 프로세서 유닛(133)은 아래의 수학식 2와 같이 산출할 수 있는, 상기 아날로그-디지털 컨버터(132)에서 출력된 디지털 신호에 대응하는 전류값과,
Figure 112011076877146-pat00006
아래의 수학식 3과 같이 산출할 수 있는, 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을
Figure 112011076877146-pat00007
곱하여 산출할 수 있는 아래의 수학식 4에 대하여
Figure 112011076877146-pat00008
각 반주기에 대한 적분을 취하고, 이렇게 구한 각 반주기 마다의 적분값을 더하여 산출할 수 있는 아래의 수학식 5에 따라,
Figure 112011076877146-pat00009
상기 전기 기기(120)의 전력량을 계산할 수 있다.
한편, 상기 수학식 3에서 음의 전압 실효값(-x)을 사용하는 이유는 다음과 같다.
전압의 순시값은 아래의 수학식 6과 같이 산출될 수 있고,
Figure 112011076877146-pat00010
따라서, t 구간에서 전압 순시값은 양부호(+)와 음부호(-)가 주기적으로 변하게 된다. 그런데 만약 이를 고려하지 않고 양부호(+)의 전압 실효값(x)만을 그대로 적분에 사용하게 되면, 위상오차가 0일 경우 실제로는 최대값(max)이 나타나야 하지만, 적분 결과값은 0로 나타난다. 따라서, 적분 연산의 편의성을 위하여 특정 적분 구간에서는 음부호(-)의 전압 실효값을 이용하여 전력량을 계산하는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전력 측정 시스템(100)에 따르면, 전압에 대한 별도의 아날로그-디지털 컨버터(132) 없이 상기 스마트 미터(110)에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을 이용하여 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정할 수 있어, 저비용으로 전력 측정 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 이로 인해 상기 전기 기기(120)의 전력량을 측정함에 있어 연산량을 단순화할 수 있으므로 전력 측정 시스템 자체에서 소비되는 전력량을 줄이고, 시스템 온 칩(SoC)의 사이즈를 작게 구현할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 본 발명에 따른 전력 측정 시스템
110 : 스마트 미터
120 : 전기 기기
121 : 전력 공급 유닛
122 : 라이브 라인
123 : 중성 라인
130 : 전력 측정계
131 : 커렌트 트랜스포머
132: 아날로그-디지털 컨버터
133 : 마이크로 프로세서 유닛
134 : 통신부
135 : 제로 크로싱 감지부
135a : 발광 다이오드
135b : 포토 트랜지스터
136 : 위상오차 측정부

Claims (7)

  1. 전기 기기로 입력되는 전압의 실효값을 측정하는 스마트 미터; 및
    상기 전기 기기에 연결된 전력선의 전류 순시값을 아날로그-디지털 컨버터에서 측정 가능한 레벨로 강하하는 커렌트 트랜스포머(Current Transformer)와, 상기 커렌트 트랜스포머에 의해 강하된 전류 순시값을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터, 상기 스마트 미터에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을 스마트 미터로부터 전송받는 통신부, 그리고, 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호와 상기 통신부에서 출력된 전압 실효값(Vrms)을 입력받아, 기 설정된 프로그램에 따라 상기 전기 기기의 전력량을 연산하는 마이크로 프로세서 유닛(Micro Processor Unit)으로 구성된 전력 측정계;를 포함하는, 전력 측정 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 커렌트 트랜스포머는
    상기 전력선의 라이브(Live) 라인 또는 중성(Netural) 라인에 연결되는
    전력 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 측정계는
    상기 전력선의 전압에 대한 제로 크로싱 포인트를 감지하여 제로 크로싱 신호를 출력하는 제로 크로싱 감지부;
    상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호 및 상기 제로 크로싱 감지부에서 출력된 제로 크로스 신호를 입력받아, 상기 전기 기기로 입력되는 전류와 전압의 위상오차를 측정하는 위상오차 측정부;
    를 추가로 포함하는
    전력 측정 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서
    상기 제로 크로싱 감지부는
    상기 전력선의 라이브(Live) 라인에 애노드 단자가 연결되고, 중성(Netural)라인에 캐소드 단자가 연결되어 라이브 라인에 흐르는 전압에 따라 동작하는 발광 다이오드; 및
    상기 발광 다이오드의 동작에 따라 온/오프되어 상기 위상오차 측정부로 제로 크로싱 신호를 출력하는 포토 트랜지스터;
    를 포함하는 포토커플러
    로 구성되는
    전력 측정 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서 유닛은
    상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호와, 상기 통신부에서 출력된 전압 실효값(Vrms), 그리고 상기 위상오차 측정부에서 측정된 위상오차값을 입력받아, 기 설정된 프로그램에 따라 상기 전기 기기의 전력량을 측정하는
    전력 측정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서 유닛은 아래의 수식과 같이 산출할 수 있는, 상기 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 디지털 신호에 대응하는 전류값과,
    Figure 112011076877146-pat00011

    아래의 수식과 같이 산출할 수 있는, 상기 스마트 미터에 의해 측정된 전압 실효값(Vrms)을
    Figure 112011076877146-pat00012

    곱하여 산출할 수 있는 아래의 수식에 대하여
    Figure 112011076877146-pat00013

    각 반주기에 대한 적분을 취하고, 이렇게 구한 각 반주기 마다의 적분값을 더하여 산출할 수 있는 아래의 수식에 따라,
    Figure 112011076877146-pat00014

    상기 전기 기기의 전력량을 계산하는
    전력 측정 시스템.
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