KR101256098B1

KR101256098B1 - 지능형 조명제어 방법

Info

Publication number: KR101256098B1
Application number: KR1020110067379A
Authority: KR
Inventors: 이상철; 이종대; 김영식; 배종식
Original assignee: 주식회사 피엠디네트웍스
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2013-04-23
Also published as: KR20130005769A

Abstract

본 발명은 AC LED 및 다수의 전등을 포함하는 대전력 조명그룹의 디밍(Dimming)을 능동적으로 조절할 수 있는 지능형 조명제어(ILC; Intelligent Lighting Control) 방법에 관한 것으로서, 입력전원의 전력감지 및 총부하에 사용되는 전력을 감지하고, 상기 감지된전력이 피크(Peak)전력(최대수요전력)을 초과하지 않도록 출력부하의 디밍단계를 제어하고, 사람의 재실여부 및 조명환경의 조도에 따라 출력부하의 온/오프 및 디밍단계를 제어하는 디밍 제어장치; 사람의 재실여부 감지 및 조명환경의 조도를 감지하는 센서부; 및 유무선 통신망을 통하여 원격지에서 상기 디밍 제어장치의 디밍단계 제어를 위한 피크전력 및 조도의 기준값을 설정하는 관제실 서버;를 포함하는 지능형 조명제어 시스템 및 상기 지능형 조명제어 시스템에서 수행되는 입력전원의 전력감지, 사람의 재실여부 및 조명환경의 조도에 따라 출력부하의 온/오프 및 디밍단계를 제어하는 지능형 조명제어 방법을 제공한다.

Description

지능형 조명제어 방법{Intelligent Lighting Control Method}

본 발명은 전력제어방법에 관한 것으로서, 특히 AC LED 및 다수의 전등을 포함하는 대전력 조명그룹의 디밍(Dimming)을 능동적으로 조절할 수 있는 지능형 조명제어(ILC; Intelligent Lighting Control) 방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 추진되고 있는 저탄소 녹색 성장의 일환으로 조명 전력분야에서는 시간 및 공간 조건에 따라 자동으로 감시 및 제어를 통한 조명 에너지를 절감하는 방법이 적극 권장되고 있다.

이러한 조명 에너지를 절감하기 위한 종래의 조명제어의 방법으로는 선행기술1(한국공개특허 제1999-73532호) 및 선행기술2(한국공개특허 제2004-15316)를 들 수 있다. 선행기술1은 재실 감지 형광등 제어장치 및 그 시스템에 관한 것으로, 복수 개의 타이머, 타이머 제어부 그리고 광도전 셀(Photoconductive Cell)을 포함하여 사람의 활동으로 열의 이동이 감지되는 동안 계속하여 형광등을 동작시킬 수 있도록 하는 기술이 개시되어 있다.

선행기술2는 인체 감시 절전용 자동전력제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 외부의 시간설정 입력스위치들에 의해 점등유지시간을 사용자가 설정할 수 있으며, 주/야간 스위치 및 광도전 셀에 의해 주간인 경우 광도전 셀에 의해 공간의 조도 상태를 파악하여 점등시키고(조도가 밝은 경우 형광등을 점등시키지 않고), 야간인 경우 항상 형광등을 점등시켜 광도전 셀에 의한 공간의 조도 상태 판단에 따른 오류를 방지할 수 있도록 하는 기술이 개시되어 있다.

그러나 기존의 조명제어 방법에 있어서, 선행기술1은 전등을 개별적으로 제어하는 방법이므로, AC LED와 같은 다수의 전등이 포함된 대전력 조명그룹을 제어하는 방법으로는 적당하지 않으며, 선행기술2는 조도 및 재실감지가 상호 연계되어 동작하지 못할 뿐만 아니라 조명을 ON/OFF 하는 것으로 전력을 제어하는 것일 뿐 전력분석을 통해 능동적으로 대전력 조명그룹의 조명을 제어하는 방안은 제시되지 못하였다.

따라서 다수의 센서들을 활용하여 조명에 사용되는 전력을 분석하고, 분석된 전력정보를 바탕으로 조명에 사용되는 전력을 세밀하게 제어함으로써, 전력소모를 줄이고 상황에 맞는 적절한 조명을 지능적으로 제어할 수 있는 조명제어시스템의 개발이 요망된다.

따라서 전술한 종래의 조명제어 및 전력제어 방식의 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은 전기 수요자의 전체 사용 전력을 측정하여 그 소비 전력이 설정한 피크(Peak)전력을 넘어설 경우 디밍을 통해 효과적으로 피크전력을 줄일 수 있는 지능형 조명제어 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 피크전력, 조명환경의 조도 및 재실 여부에 따라 조명전력을 단계적으로 조절할 수 있는 지능형 조명제어 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 AC LED 및 다수의 전등을 포함하는 대전력 조명그룹의 디밍을 제어할 수 있는 지능형 조명제어 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템은, 입력전원의 전력감지 및 총부하에 사용되는 전력을 감지하고, 상기 감지된전력이 피크(Peak)전력(최대수요전력)을 초과하지 않도록 출력부하의 디밍단계를 제어하고, 사람의 재실여부 및 조명환경의 조도에 따라 출력부하의 온/오프 및 디밍단계를 제어하는 디밍 제어장치; 사람의 재실여부 감지 및 조명환경의 조도를 감지하는 센서부; 및 유무선 통신망을 통하여 원격지에서 상기 디밍 제어장치의 디밍단계 제어를 위한 피크전력 및 조도의 기준값을 설정하는 관제실 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템은, 시스템의 총 사용부하로부터 피크전력을 예측하고, 입력전원을 감시하여 상기 예측된 피크전력 대비 상기 입력전원의 변동을 감지하는 피크전력 센싱부; 재실자 유무를 판단하여 해당 공간의 조명을 ON/OFF 제어를 위한 정보를 수집하는 재실감지센서; 해당 공간의 조도를 측정하여 조명의 디밍 제어를 위한 정보를 수집하는 조도센서; 디밍 단계에 따른 소비전력량을 측정하는 전력센싱부; 사용부하에 공급되는 소전력을 온/오프시키는 스위치부;

상기 스위치부의 동작을 제어하는 스위치제어부; 사용부하 그룹에 공급되는 대전력을 온/오프시키는 부하 온/오프부; 상기 피크전력 센싱부로부터 인가되는 상기 예측된 피크전력과 기 설정된 피크 설정치를 비교하여 비교결과에 따라 상기 스위치제어부 및 상기 부하 온/오프부를 제어하여 상기 사용부하를 온/오프시키고, 디밍 단계를 결정하는 통합제어부; 및 상기 입력전원을 상기 통합제어부가 결정한 디밍 단계로 진폭 변환하는 전력/디밍단계 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지능형 조명제어 방법은, 입력전원의 전력감지, 사람의 재실여부 및 조명환경의 조도에 따라 출력부하의 온/오프 및 디밍단계를 제어하는 지능형 조명제어 시스템의 지능형 조명제어 방법에 있어서, 상기 지능형 조명제어 시스템의 디밍 제어장치의 통합제어부가 피크전력 센싱부로 하여금 총 사용부하를 측정하도록 하는 단계; 기 설정되어 있는 피크 설정치와 상기 측정된 총 사용부하를 비교하여, 상기 총 사용부하가 상기 피크전력의 설정치보다 크면 조명의 디밍 단계를 결정하고, 상기 조명의 디밍 단계를 변환시키는 단계; 상기 총 사용부하가 상기 피크전력의 설정치보다 작으면 재실자의 건물 거주 패턴을 고려한 스케줄 제어가 설정되어 있는지를 판단하고, 상기 스케줄 제어가 설정되어 있으면 상기 설정된 스케줄 대로 해당 조명의 디밍 단계를 결정하고, 상기 조명의 디밍 단계를 변환시키는 단계; 상기 스케줄 제어가 설정되어 있지 않으면 재실자의 유무를 판단하고, 상기 재실자가 있으면 해당 공간의 조도를 측정하여, 측정된 조도 측정치와 기 설정된 조도 설정치와 비교하여 비교결과에 따라 조명의 디밍 단계를 결정하고, 상기 조명의 디밍 단계를 변환시키는 단계; 및 상기 재실자가 없으면 해당 조명을 소등하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 조명환경의 조도 및 재실자의 유무에 의한 조명제어뿐만 아니라 재실자의 거주 패턴을 고려한 조명의 스케줄 제어가 가능하므로, 더욱 효율적인 조명제어 및 전력절감의 효과가 있다.

또한, 본 발명은 사용전력이 피크전력을 초과하지 않도록 디밍 단계를 조절함으로써 전체 사용부하 전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다수개의 센서 및 원격지의 서버와 연동하여 각종 조명의 대전력 그룹 디밍 및 온/오프 제어를 통해 조명 에너지의 절감을 극대화할 수 있으며, 이와 더불어 저탄소 녹색 성장 및 조명 분야의 지능형 전력망의 기반을 구축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템의 블록구성도,
도 2는 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템의 지능형 조명제어 방법을 나타낸 제어흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

따라서 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템 및 방법을 설명함에 있어서, 조명수단으로 AC LED를 예로 들었으나, 이에 한정하는 것이 아님은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템의 블록구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템의 지능형 조명제어 방법을 나타낸 제어흐름도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템은 입력전원(10)의 전력감지 및 총부하(30)에 사용되는 피크(Peak)전력(최대수요전력)을 감지하여 AC LED와 같은 출력부하(20)의 디밍단계를 제어하는 디밍 제어장치(100)와, 사람의 재실여부 감지 및 조명환경의 조도를 감지하는 센서부(190)와, 유무선 통신망(300)을 통하여 원격지에서 상기 디밍 제어장치(100)의 조도 설정치(D1) 및 피크 설정치(D3)를 조정하는 관제실 서버(200)로 구성된다.

상기 관제실 서버(200)는 상기 디밍 제어장치(100)와 연동하여 AC LED와 같은 부하(조명)의 상태를 감시 및 제어하고, 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템의 조명제어 프로그램 또는 조명제어를 포함한 전력제어 시스템의 전력제어 프로그램에 의하여 피크전력의 목표값(D3)을 설정하며, 설정된 목표값을 유무선 통신망(300)을 통해 통신하는 상기 디밍 제어장치(100)에 제공한다. 또한, 상기 관제실 서버(200)는 상기 디밍 제어장치(100)에 조도 설정치(D1)를 제공하여 조도센서(193)에서 감지된 조도 측정치(D2)와 비교할 기준값을 제공한다.

상기 센서부(190)는 재실감지센서(191) 및 조도센서(193)를 포함하며, 재실 감지 및 조도 감지 측정 기능을 수행하여, 측정된 재실 및 조도에 대한 측정값을 디밍 제어장치(100)에 무선(Zigbee 등) 또는 유선(RS-485)통신을 통해 전달한다. 상기 재실감지센서(191)는 재실자 유무를 판단하여 해당 공간의 조명을 ON/OFF 제어를 위한 정보를 수집하며, 조도센서(193)는 해당 공간의 조도를 측정하여 조명의 디밍 제어를 위한 정보를 수집하게 된다.

상기 재실감지센서(191) 및 조도센서(193)는 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템이 운용되는 환경에 따라 다수개가 연결되어 사용될 수 있다. 따라서 다수개의 센서들이 사용될 시 조도 측정치(D2)는 최소값, 최대값, 평균값 등으로 산출될 수 있으며, 이러한 산출된 값들이 조명의 디밍단계를 결정하는데 사용된다.

또한, 적용환경에 따라 재실자 유무를 감지하는 재실감지센서(191)와 조도를 측정하는 조도센서(193) 중 어느 하나의 기능만 활성화시켜 사용할 수도 있다. 한편, 전술한 재실감지센서(191)에 의한 적용환경의 감시는 재실자의 건물 거주 패턴을 고려한 스케줄 제어가 설정될 시 이를 보조하는 역할을 수행하게 되며, 이렇게 보조적으로 감지된 재실자 유무는 이후의 제어 스케줄을 보완하는데 사용될 수 있다.

상기 디밍 제어장치(100)는 상기 관제실 서버(200) 및 센서부(190)와 연동하여 피크전력(최대수요전력)을 고려한 디밍 제어, 재실자의 건물 거주 패턴에 따른 스케줄 제어 및 조도를 고려한 디밍 제어 등 AC LED를 포함한 각종 조명의 대전력 조명 그룹의 디밍 및 ON/OFF 제어를 수행함으로써 조명 에너지 절감 및 전력 제어를 수행한다.

전기요금은 기본요금과 사용량요금으로 구성되는데, 기본요금은 요금적용전력을 기준으로 하고, 사용량요금은 사용 전력이 많으면 많을수록 누진세가 적용되므로 피크전력(최대수요전력)이 전기요금에 큰 영향을 미친다. 피크전력은 15분간 사용한 평균전력, 0~15분, 16~30분 등 1시간에 4번 정해진 시간에 전력량계에서 검침을 하여, 월 중 가장 큰 값이 그 달의 피크전력이 되고 하절기(7~9월) 피크전력이 1년간 기본요금으로 적용된다.

따라서 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템은 총부하(30)에 사용되는 피크전력을 감지하고, 피크전력이 넘지 않도록 디밍단계를 제어함으로써 효과적인 전력제어가 가능하도록 한다. 이를 위하여, 상기 디밍 제어장치(100)에 포함된 피크전력 센싱부(170)는 총부하(30)로부터 15분간의 피크전력을 사전에 미리 예측하고, 입력전원(10)을 감시하여 예측된 피크전력 대비 입력전원(10)의 변동을 통합제어부(110)에 제공한다.

상기 통합제어부(110)는 통신부(180)를 통하여 원격지의 관제실 서버(200)가 제공하는 피크 설정치(D3)를 수신하고, 상기 피크전력 센싱부(170)에서 측정된 피크 측정치(미도시함)와 상기 피크 설정치(D3)를 비교한다. 따라서 입력전력(10)이 피크 설정치(D3)를 초과하려고 할 때, 통합제어부(110)는 스위치부(160)를 ON/OFF시키는 스위치 제어부(150)를 제어하여 부하전력 및 디밍 단계를 변환하도록 전력/디밍단계 변환부(130)를 제어한다. 이에 따라, 전력/디밍단계 변환부(130)는 부하 ON/OFF부(140)에 ON/OFF시켜야 할 조명에 대한 정보를 제공하고, 부하 ON/OFF부(140)는 전력/디밍단계 변환부(130)가 제공한 정보에 따라 해당 조명들을 ON/OFF시킨다.

따라서 피크전력 센싱부(170)에서 측정되는 전력이 기 설정된 피크 설정치(D3)를 초과할 것으로 예측되는 경우에 통합제어부(110)는 전력/디밍단계 변환부(130) 및 부하ON/OFF부(140)를 제어하여 부하조명의 ON/OFF 및 디밍 단계를 변환시킴으로써 사용전력이 관제실 서버(200)가 설정한 피크전력 설정치 이하가 되도록 한다.

또한 상기 통합제어부(110)는 재실감지센서(191)로부터 재실자 유무에 대한 감지신호를 수신하고 스위치제어부(150)를 제어하여 해당 조명의 ON/OFF를 제어하도록 하고, 조도센서(193)로부터 수신한 조도 측정치(D2)와 관제실 서버(200)로부터 수신한 조도 설정치(D1)를 비교하는 비교부(111)를 통해 비교하여 이를 조명 제어에 반영한다. 이때, 상기 비교부(111)는 통합제어부(110)에 통합될 수 있다.

상기 전력/디밍단계 변환부(130)는 대전력 AC 전압 변환을 위해 MULTI TAP 단권 변압기등을 활용하여 220V/60Hz와 같은 상용입력전원을 디밍 요구에 맞게 고효율로 0~220V/60Hz 전압으로 진폭 변환하는 장치로서, 특히, AC LED의 경우 LED 컨버터(Converter)가 없기 때문에 LED 입력전원이 변화함에 따라 조도 변화 및 소비전력 변화가 유연하게 동작한다. 소비전력 및 조도는 입력 전압에 비례한다.

상기 부하 ON/OFF부(140)는 전자 개페기 및 릴레이(Relay)와 같은 대전력 AC ON/OFF 스위치가 사용될 수 있고, 상기 스위치제어부(150)는 트랜지스터와 같은 릴레이, 트라이악(TRIAC), SSR 구동 회로 등이 사용될 수 있으며, 상기 스위치부(160)는 릴레이, 트라이악, SSR와 같은 소전력 ON/OFF 스위치가 사용될 수 있다.

한편, 상기 디밍 제어장치(100)는 디밍 단계에 따른 소비전력량 등을 관제실 서버(200)에 전달하여, 전기 에너지 절감 상태 및 고객이 전기 에너지를 절감할 수 있도록 유도하기 위한 전력을 측정하는 전력센싱부(120)를 더 구비하고, 측정된 정보를 통합제어부(110)의 제어에 따라 통신부(180)를 통하여 원격지의 관제실 서버(200)로 제공한다.

이하, 상술한 도 1에 도시된 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템에서 수행되는 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템의 지능형 조명제어 방법을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템의 디밍 제어장치(100)의 통합제어부(110)는 201단계에서 피크전력 센싱부(170)로 하여금 총 사용부하를 측정하도록 하고, 203단계에서 기 설정되어 있는 피크 설정치(D3)와 측정한 총부하를 비교한다. 상기 203단계의 비교에서 총부하가 피크전력의 설정치(D3)보다 크면 205단계로 진행하여 조명의 디밍 단계를 결정하고, 217단계로 진행하여 해당 조명의 디밍 단계를 변환시켜 총부하를 피크전력의 설정치(D3) 이하로 낮추도록 한다.

한편, 상기 203단계의 비교에서 총부하가 피크전력의 설정치(D3)보다 작으면 207단계로 진행하여 재실자의 건물 거주 패턴을 고려한 스케줄 제어가 설정되어 있는지를 판단한다. 상기 207단계의 판단 결과 스케줄 제어가 설정되어 있으면 209단계로 진행하여 설정된 스케줄 대로 해당 조명을 제어하며, 이후 205 및 207단계의 디밍 단계 결정 및 변환을 수행한다.

한편, 상기 207단계의 판단 결과 스케줄 제어가 설정되어 있지 않으면 211단계로 진행하여 재실자의 유무를 판단한다. 상기 211단계의 판단 결과 재실자가 있으면 213단계로 진행하여 해당 공간의 조도를 측정하고, 측정된 조도 측정치(D2)와 관제실 서버(200)로부터 제공되는 조도 설정치(D1)와 비교하여 비교결과에 따라 이후 205 및 207단계의 디밍 단계 결정 및 변환을 수행한다. 한편, 상기 211단계의 판단 결과 재실자가 없으면 215단계로 진행하여 해당 조명을 소등하고 종료한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템 및 방법은 자체 지능제어 및 유무선 통신망을 통해 원격 관제실 서버의 제어에 따라 조명제어가 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 지능형 조명제어 시스템 및 방법은 조도 및 재실감지센서와 연동하여 한 층 더 향상된 지능적 제어가 가능하며, 각종 조명의 대전력 그룹의 전력변환 및 디밍이 가능하다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

Claims

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입력전원의 전력감지, 사람의 재실여부 및 조명환경의 조도에 따라 출력부하의 온/오프 및 디밍단계를 제어하는 지능형 조명제어 시스템의 지능형 조명제어 방법에 있어서,
상기 지능형 조명제어 시스템의 디밍 제어장치의 통합제어부가 피크전력 센싱부로 하여금 총 사용부하를 측정하도록 하는 단계;
기 설정되어 있는 피크 설정치와 상기 측정된 총 사용부하를 비교하여, 상기 총 사용부하가 상기 피크전력의 설정치보다 크면 조명의 디밍 단계를 결정하고, 상기 조명의 디밍 단계를 변환시키는 단계;
상기 총 사용부하가 상기 피크전력의 설정치보다 작으면 재실자의 건물 거주 패턴을 고려한 스케줄 제어가 설정되어 있는지를 판단하고, 상기 스케줄 제어가 설정되어 있으면 상기 설정된 스케줄 대로 해당 조명의 디밍 단계를 결정하고, 상기 조명의 디밍 단계를 변환시키는 단계;
상기 스케줄 제어가 설정되어 있지 않으면 재실자의 유무를 판단하고, 상기 재실자가 있으면 해당 공간의 조도를 측정하여, 측정된 조도 측정치와 기 설정된 조도 설정치와 비교하여 비교결과에 따라 조명의 디밍 단계를 결정하고, 상기 조명의 디밍 단계를 변환시키는 단계; 및
상기 재실자가 없으면 해당 조명을 소등하는 단계;를 포함하는 지능형 조명제어 방법.