KR101606418B1 - 전력선 통신의 성능 시험 장치 - Google Patents

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강규홍
김태오
김동윤
김현식
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재단법인한국조선해양기자재연구원
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Abstract

본 발명은 변압기가 설치되어 있는 전력선을 이용한 통신의 성능을 시험하기 위한 장치이다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력선 통신의 성능 시험 장치에 있어서, 성능시험용 신호를 발생시키는 신호발생부; 전력선의 제1 성능 시험 구간의 일측에 설치되어 상기 신호발생부가 발생시킨 신호를 상기 전력선에 전달하는 제1 커플러; 상기 전력선의 제1 성능 시험 구간에 설치된 변압기의 앞단에 설치되어 상기 신호를 바이패스 툴로 전달하는 제2 커플러; 상기 변압기의 뒷단에 설치되어 상기 바이패스 툴을 통과한 신호를 상기 전력선으로 전달하는 제3 커플러; 상기 전력선의 제1 성능 시험 구간의 타측에 설치되어 상기 전력선을 따라 전달된 신호를 신호분석부로 전달하는 제4 커플러; 및 상기 제4 커플러로부터 전달받은 신호를 분석하여 상기 전력선 통신의 성능을 평가하는 신호 분석부를 포함하는, 전력선 통신의 성능 시험 장치가 제공된다.

Description

전력선 통신의 성능 시험 장치{APPARATUS FOR PERFORMANCE TEST OF POWER LINE COMMUNICATION}
본 발명은 전력선 통신의 성능 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 변압기가 설치되어 있는 전력선을 이용한 통신의 성능을 시험하기 위한 장치이다.
전력선 통신(PLC, Power Line Communication)이란 일상 생활에서 쓰이는 전력선을 매체로 데이터 신호 또는 제어 신호를 실어서 원격지에 전송하는 통신 방식이다. 전력선 통신 기반의 원격검침 시스템은 정부 주도하에 시범사업을 거친 후 점진적으로 확대 구축이 진행중이며 이를 위한 예산 및 전문인력 양성이 이루어지고 있다.
전력선 통신은 선박 등에도 사용된다. 아주 큰 선박의 경우 벽이나 문 등이 철로 구성되어 추가적인 배선이 힘들기 때문에 전력선 통신을 현재 이용하고 있는 추세이다.
전력선 통신의 성능에 영향을 미치는 요인에는 온도, 습도, 진동과 같은 환경적 요인, 전기적 요인, 통신 성능 저하 요인이 있다. 환경적 요인은 전력선통신 핵심 부품의 물리적 환경의 변화로 인하여 성능에 영향을 미치는 요인이고, 전기적 요인은 전력선통신 핵심 부품의 선박 탑재 시 선박 전자기 환경에 의하여 성능에 영향을 미치는 요인이고, 통신성능 저하 요인은 전력선 통신의 외부 영향으로 인하여 통신 자체적인 장해로 성능에 영향을 미치는 요인이다.
통신성능 저하 요인에는 노이즈, 전압변동, 통신신호 감쇄, 전력선 부하 특성 등이 있다. 전압변동은 전력선통신 네트워크에 사용되는 주전원의 전압변동으로 인하여 통신 성능을 저하시키는 요인이고, 통신신호 감쇄는 전력선통신 네트워크에 사용되는 선로의 임피던스 혹은 전력선 선로상의 보호 계전기로 인하여 통신 성능을 저하시키는 요인이고, 전력선 부하특성은 전력선 선로 상의 커패시터 부하 혹은 인덕턴스 부하로 인하여 통신 성능을 저하시키는 요인이다.
그리고, 선박에서는 발전기가 생산한 전력의 전압과 선박 내의 부하들의 요구 전압이 달라서 변압기를 사용한다. 예를 들어, 선박 내의 발전기는 440V의 전력을 생산하고, 변압기가 440V의 전력을 220V로 변압하여 전력 부하들에게 공급한다. 따라서, 선박 내에는 변압기가 설치되는데, 데이터 신호는 변압기를 지나가지 못해서 변압기에는 통신에 장애가 발생하는 문제점이 있다.
선박 내에 전력선 통신을 적용하기 위해서는 전력선 통신의 성능을 사전에 테스트하는 장치가 필요하다. 그런데, 종래에는 선박 내의 전력선 통신의 성능을 정확하게 테스트하는 기술이 제시되어 있지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 선박 내의 환경을 반영하여 선박의 전력선 통신의 성능을 정확하게 측정할 수 있는 전력선 통신의 성능 시험 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력선 통신의 성능 시험 장치에 있어서, 성능시험용 신호를 발생시키는 신호발생부; 전력선의 제1 성능 시험 구간의 일측에 설치되어 상기 신호발생부가 발생시킨 신호를 상기 전력선에 전달하는 제1 커플러; 상기 전력선의 제1 성능 시험 구간에 설치된 변압기의 앞단에 설치되어 상기 신호를 바이패스 툴로 전달하는 제2 커플러; 상기 변압기의 뒷단에 설치되어 상기 바이패스 툴을 통과한 신호를 상기 전력선으로 전달하는 제3 커플러; 상기 전력선의 제1 성능 시험 구간의 타측에 설치되어 상기 전력선을 따라 전달된 신호를 신호분석부로 전달하는 제4 커플러; 및 상기 제4 커플러로부터 전달받은 신호를 분석하여 상기 전력선 통신의 성능을 평가하는 신호 분석부를 포함하는, 전력선 통신의 성능 시험 장치가 제공된다.
특히, 상기 전력선 통신의 성능 시험 장치는 상기 제3 커플러와 상기 바이패스 툴 사이에 설치되어 신호를 감쇄시키는 감쇄기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력선 통신의 성능 시험 장치는 상기 바이패스 툴에 연결되도록 설치되어 노이즈를 발생시켜 주입하는 노이즈 발생기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력선 통신의 성능 시험 장치는 프로그래밍 가능한 모의 교류 전력을 상기 전력선으로 입력하는 프로그래머블 AC 전력 소스를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 커플러는 비접촉식 커플러일 수 있다.
또한, 상기 제4 커플러는 접촉식 커플러일 수 있다.
또한, 상기 제2 커플러, 상기 제3 커플러 및 상기 바이패스 툴은 통신선으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 전력선 통신의 성능 시험 장치는 상기 변압기 이후에 상기 전력선에 연결되어 상기 전력선의 제2 성능 시험 간의 전력선 통신의 성능을 시험하는 220V 단상 전력선 통신 테스트베드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 220V 단상 전력선 통신 테스트베드는 상기 제2 성능 시험 구간의 전력선에 연결되어 캐패시터를 조절하는 캐패시터 조절기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 감쇄기, 노이즈 발생기, 캐패시터 조절기 등을 설치하여 선박의 환경과 유사한 환경을 시뮬레이션하여 선박의 전력선 통신의 성능을 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신의 성능 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 신호 발생부 및 신호 분석부가 접속식 커플러로 전력선에 연결된 경우를 나타낸 도면이다.
도 3은 신호 발생부 및 신호 분석부가 비접속식 커플러로 전력선에 연결된 경우를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 220V 단상 전력선 통신 테스트베드를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신의 성능 시험 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신의 성능 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력선 통신의 성능 시험 장치는 신호 발생부(120), 제1 커플러(181), 제2 커플러(182), 변압기(170), 제3 커플러(183), 제4 커플러(184), 신호 분석부(140), 프로그래머블 AC 전력 소스(110), 감쇄기(131), 노이즈 발생기(132), 바이패스 툴(150), 모의 분전반(160) 및 220V 단상 전력선 통신 테스트베드(190)를 포함한다.
신호발생부(120)는 전력선 통신의 성능을 시험하기 위한 성능시험용 신호를 발생시킨다. 신호는 전기적 신호로서 특정형태의 파형을 갖는 아날로그 신호임이 바람직하다. 예를 들어, 신호발생부(120)는 함수발생기(function generator)를 이용할 수 있다.
제1 커플러(181) 및 제4 커플러(184)는 각각 전력선에 설치되는데, 성능을 시험하고자 하는 성능시험구간의 양측에 설치된다.
제1 커플러(181)는 전력선의 성능 시험 구간의 일측에 설치되어 신호발생부(120)가 발생시킨 신호를 전력선에 전달한다. 그러면, 신호발생부(120)가 발생시킨 신호는 전력선을 따라 전파된다.
본 발명의 실시예에서, 전력선에는 변압기(170)가 설치되고, 변압기(170)는 전력선을 통해 입력된 전력의 전압을 변경하여 출력한다. 변압기(170)는 신호를 통과시키지 못하므로 신호는 변압기(170)를 만나면 절연된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 변압기(170)의 앞단에 제2 커플러(182)를 설치하고, 변압기(170)의 뒷단에 제3 커플러(183)를 설치하고, 제2 커플러(182)와 제3 커플러(183)는 통신선과 바이패스 툴(bypass tool)(150)로 연결된다. 바이패스 툴(150)은 신호를 통과시킨다. 제2 커플러(182), 제2 커플러(183) 및 바이패스 툴(150)은 통신선으로 연결될 수 있다.
제2 커플러(182)는 전력선에 설치된 변압기(170)의 앞단에 설치되어 전력선을 통해 제3 커플러(183)로 들어온 신호를 바이패스 툴(150)로 전달한다. 그리고, 제3 커플러(183)는 변압기(170)의 뒷단에 설치되어 바이패스 툴(150)을 통과한 신호를 전력선으로 전달한다.
제4 커플러(184)는 전력선의 성능 시험 구간의 타측에 설치되어 전력선을 따라 전달된 신호를 신호분석부(140)로 전달하고, 신호 분석부(140)는 제4 커플러(184)로부터 전달받은 신호를 분석하여 전력선 통신의 성능을 평가한다.
전력선 통신의 성능, 즉 전력선 통신의 상태, 신호손실, 노이즈레벨 등에 따라 전력선을 따라 전송되는 신호의 파형이 변하므로, 신호분석부(140)는 제4 커플러(184)로부터 수신된 신호의 파형과 신호발생부(120)에서 발생된 신호의 파형을 서로 비교하여 그 파형의 변화에 따라 전력선 통신의 성능을 분석할 수 있다.
제1 내지 제4 커플러(181 내지 184)는 접촉식 커플러 또는 비접촉식 커플러일 수 있다. 특히, 제2 커플러(182)는 비접촉식 커플러이고, 제3 커플러(183)는 접촉식 커플러일 수 있다.
도 2는 신호 발생부 및 신호 분석부가 접속식 커플러로 전력선에 연결된 경우를 나타낸 도면이고, 도 3은 신호 발생부 및 신호 분석부가 비접속식 커플러로 전력선에 연결된 경우를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 접촉식 커플러는 금속성분의 단자가 전력선에 직접 접촉되어 신호를 전력선으로 전달하고, 전력선을 따라 전달되는 신호를 수집한다.
도 2에서, 제1 커플러(181) 및 제4 커플러(184)는 전력선에 접촉식으로 직접 연결되어 설치된다. 제1 커플러(181)는 신호발생부(120)에서 출력되는 특정파형의 신호를 전력선에 직접 전달하고, 이러한 신호는 전력선을 따라 전달되고, 제4 커플러(184)는 전력선을 따라 전달되는 신호를 수신하여 신호분석부(140)로 전달한다. 그러면, 신호분석부(140)는 제4 커플러(184)로부터 수신한 신호의 파형과 신호발생부(120)가 발생한 신호의 파형 간의 변화를 이용하여 전력선 통신의 성능을 분석한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비접촉식 커플러는 전자기 유도원리를 이용하여 신호를 전력선에 전달하고, 전력선을 따라 전달되는 신호를 커플링하여 수집한다. 이를 위하여 비접촉식 커플러는 전력선이 비접촉식 커플러의 내부를 관통하도록 중공이 형성된 토로이드(toroid) 형상으로 구성될 수 있다.
도 3에서, 제1 커플러(181) 및 제4 커플러(184)는 전력선에 비접촉식으로 설치된다. 이때, 제1 커플러(181) 및 제4 커플러(184)는 제1 커플러(181) 및 제4 커플러(184)가 전력선의 주변을 비접촉식으로 감싸도록 설치된다. 제1 커플러(181) 및 제4 커플러(184)가 비접촉식으로 설치되는 경우에는, 신호발생부(120)는 데이터출력부와 제1 모뎀부를 구비하고, 신호분석부(140)는 제2 모뎀부와 데이터처리부를 구비한다.
데이터출력부는 전력선 통신의 성능을 시험하기 위하여 시험용 데이터를 생성하여 출력한다. 시험용 데이터는 디지털 데이터로 구현될 수 있다. 데이터출력부는 휴대형 컴퓨터, 예를 들어, 노트북 PC, 넷북 PC 등으로 구현될 수 있다. 데이터출력부에서 출력된 데이터는 제1 모뎀부에서 특정파형의 신호로 변환되고 제1 커플러(181)는 그 특정파형의 신호를 전력선에 전달한다. 이러한 신호는 전력선을 따라 전달되어, 제4 커플러(184)가 전력선을 따라 전달되는 신호를 수신하여 제2 모뎀부로 전달된다. 제2 모뎀부는 제4 커플러(184)로부터 전달받은 신호를 디지털 데이터로 변환하여 데이터처리부로 전달한다. 데이터처리부 전달받은 디지털 데이터로부터 전력선 통신의 통신속도를 계산하여 전력선 통신의 성능을 분석할 수 있다.
도 1에서는 제3 커플러(183)가 변압기(170) 뒤에 설치되고, 제4 커플러(184)가 제3 커플러(183) 뒤에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 제3 커플러(183)가 모의 분전반(160) 뒤에 설치되고, 제4 커플러(184)가 제3 커플러(183) 뒤에 설치되도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 구성하는 경우에는, 모의 분전반(160)으로 입력되는 전력선은 3선이고 모의 분전반(160)에서 출력하는 전력선은 2선이므로, 바이패스 툴(150)은 3선을 2선으로 바꾸는 접촉식 커플러로 구현될 수 있다.
프로그래머블 AC 전력 소스(110)는 프로그래밍 가능한 모의 교류 전력을 전력선으로 입력한다. 선박은 육상으로부터 전력을 공급받지 않고, 선박 내에 설치된 발전기에서 전력을 생산하므로, 전력이 안정적이지 않고 변동이 심할 수 있다. 프로그래머블 AC 전력 소스(110)는 실제 선박과 유사한 형태의 전력을 프로그래밍할 수 있다.
감쇄기(131)는 통신 신호를 감쇄하기 위한 장비이다. 예를 들어, 감쇄기(131)는 통신 신호를 1dB씩 121dB까지 감쇄시킬 수 있다. 감쇄기(131)는 감쇄기 제어기와 연결되어, 감쇄기 제어기의 제어 신호에 따라 감쇄 레벨이 제어될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제3 커플러(183)와 바이패스 툴(150) 사이에 감쇄기(131)가 설치될 수 있다. 이는 실제 상황에서 신호가 감쇄되는 현상을 시험하기 위함이다.
노이즈 발생기(132)는 노이즈를 주입하는 장치이다. 노이즈 발생기(132)를 이용하여 노이즈의 세기를 변화시켜가면서 시험을 할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 노이즈 발생기(132)는 바이패스 툴(150)에 연결되어 설치될 수 있다.
그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력선에 220V 단상 전력선 통신 테스트베드(190)가 연결될 수 있다. 220V 단상 전력선 통신 테스트베드(190)는 변압기(170) 뒤에 설치되어, 220V의 전류가 흐르는 전력선 상의 통신 성능을 시험하는 장치이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 220V 단상 전력선 통신 테스트베드를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 220V 단상 전력선 통신 테스트베드(190)는 신호 생부(210), 제1 신호 결합부(220), 제2 신호 결합부(230), 신호 분석부(240), 캐패시터 조절기(250), 노이즈 발생기(260) 및 감쇄기(270)를 포함한다.
신호 생부(210)는 도 1의 신호 발생부(120)와 동일한 기능을 수행하고, 신호 분석부(240)는 도 1의 신호 분석부(140)와 동일한 기능을 수행한다. 제1 신호 결합부(220)는 도 1의 제1 커플러(181)와 동일한 기능을 수행하고, 제2 결합부(230)는 도 1의 제4 커플러(184)와 동일한 기능을 수행한다.
노이즈 발생기(260) 및 감쇄기(270)는 각각 도 1의 노이즈 발생기(132) 및 감쇄기(131)과 동일한 기능을 수행한다.
실제 선박에서는 전력선의 길이, 전력선에 연결된 전력 부하에 따라 전력선 통신의 성능이 달라질 수 있다. 캐패시터 조절기(250)는 캐패시터를 조절함으로써 실제 선박의 전력선의 길이, 전력 부하 등을 시뮬레이션할 수 있다. 즉, 캐패시터 조절기(250)로 전력선에 연결된 캐패시터를 조절해 가면서 전력선 통신의 성능을 시험할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
121 : 신호 발생부
181 : 제1 커플러
182 : 제2 커플러
170 : 변압기
183 : 제3 커플러
184 : 제4 커플러
140 : 신호 분석부
110 : 프로그래머블 AC 전력 소스
131 : 감쇄기
132 : 노이즈 발생기
150 : 바이패스 툴
160 : 모의 분전반
190 : 220V 단상 전력선 통신 테스트베드

Claims (9)

  1. 전력선 통신의 성능 시험 장치에 있어서,
    성능시험용 신호를 발생시키는 신호발생부;
    전력선의 제1 성능 시험 구간의 일측에 설치되어 상기 신호발생부가 발생시킨 신호를 상기 전력선에 전달하는 제1 커플러;
    상기 전력선의 제1 성능 시험 구간에 설치된 변압기의 앞단에 설치되어 상기 신호를 바이패스 툴로 전달하는 제2 커플러;
    상기 변압기의 뒷단에 설치되어 상기 바이패스 툴을 통과한 신호를 상기 전력선으로 전달하는 제3 커플러;
    상기 전력선의 제1 성능 시험 구간의 타측에 설치되어 상기 전력선을 따라 전달된 신호를 신호분석부로 전달하는 제4 커플러; 및
    상기 제4 커플러로부터 전달받은 신호를 분석하여 상기 전력선 통신의 성능을 평가하는 신호 분석부를 포함하고,
    상기 제3 커플러는 비접촉식 커플러인, 전력선 통신의 성능 시험 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 커플러와 상기 바이패스 툴 사이에 설치되어 신호를 감쇄시키는 감쇄기를 더 포함하는 전력선 통신의 성능 시험 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이패스 툴에 연결되도록 설치되어 노이즈를 발생시켜 주입하는 노이즈 발생기를 더 포함하는 전력선 통신의 성능 시험 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    프로그래밍 가능한 모의 교류 전력을 상기 전력선으로 입력하는 프로그래머블 AC 전력 소스를 더 포함하는 전력선 통신의 성능 시험 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 제4 커플러는 접촉식 커플러인, 전력선 통신의 성능 시험 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 커플러, 상기 제3 커플러 및 상기 바이패스 툴은 통신선으로 연결되는, 전력선 통신의 성능 시험 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 변압기 이후에 상기 전력선에 연결되어 상기 전력선의 제2 성능 시험 간의 전력선 통신의 성능을 시험하는 220V 단상 전력선 통신 테스트베드를 더 포함하는 전력선 통신의 성능 시험 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 220V 단상 전력선 통신 테스트베드는 상기 제2 성능 시험 구간의 전력선에 연결되어 캐패시터를 조절하는 캐패시터 조절기를 포함하는, 전력선 통신의 성능 시험 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101076497B1 (ko) * 2010-07-07 2011-10-24 엘에스전선 주식회사 전력선 통신 네트워크에 기반한 도전 감시 시스템 및 방법
KR101380726B1 (ko) * 2012-11-06 2014-04-02 (주)매트론 통신선로의 성능시험장치

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