KR101698552B1 - 전력 관리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 영역의 전력을 관리하는 장치가 제공된다. 상기 전력 관리 장치는, 상기 제1 영역 중 경비 장치에 의해 경비되고 있는 제2 영역에 대한 제1 정보를 수집하고, 상기 제1 영역 중 사람이 있는 제3 영역에 대한 제2 정보를 수집하는 수집한다. 그리고 상기 전력 관리 장치는, 전력 절감을 위한 제1 모드에서, 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보를 이용해 상기 제2 영역 내의 제1 부하 장치에 공급되는 전력을, 상기 제3 영역 내의 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 차단한다.

Description

전력 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANAGING POWER}
본 발명은 전력을 관리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
기존의 전력 수요 관리를 위한　시스템은, 사람이 생활하는 환경에 밀접한 영향을 끼치는 조명, 공조, 이동 수단, 전열, 사무 자동화(O/A: Office automation) 장비 등 설비의 전력을 차단함으로써, 그 목적을 달성한다. 종래 기술은, 자동 제어에 기초한 부하 관리를 통해서 전력 차단이라는 본래 목적을 충족할 수 있으나, 전력 수요 관리의 공급자 측면 만을 고려하므로, 많은 문제점을 가진다.
구체적으로, 첫째, 미리 정해진 부하를 차단(최대 전력 관리 장치에 의한 차단)하는 방식이나, 등록된 스케줄에 의해 부하를 차단하는 방식은, 그 시점의 상황에 대한 배려 없이 무조건 부하를 차단하기 때문에, 사람이 직접적으로 느끼는 생활 공간의 쾌적성을 저해할 수 있다. 이는 업무 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 이는 국내의 지능형 부하 관리 사업 시장 확장에 방해되는 원인이기도 하다.
둘째, 현재의 장치들은 CPU, 저장 장치, 임베디드 O/S 등과 같이 펌웨어 가 보편적으로 내장되어 있는데, 이렇게 급작스런 전력 차단으로 인해 장치가 턴 오프되거나, 수요 감축 요구에 따라 빈번하게 장치가 턴 온/오프되면, 장치의 사용년한은 줄어들 수 있고, 운영 시스템에 문제가 발생할 수 있다. 그리고 장치의 생애주기비용(LCC: Life Cycle Cost)이 증가하게 된다. 또한, 장치를 다시 정상적으로 가동하기 위하여, 많은 전력이 소모된다.
셋째, 수용가를 관리하는 전력 수요 관리 사업자는 정해진 전력량만큼만 줄이면 되는데, 수용가를 고려치 않고 미리 정해진 부하가 일시에 차단되면, 필요 이상의 전력이 감축될 수 있다. 이로 인해, 수용가는 더 큰 불편함을 느낄 수 있다.
넷째, 스마트 그리드에서 전력 차단이라는 부하 관리 제어를 수행하기 위해서는, 통신망을 통해 모든 명령과 상황이 모니터링되어야 한다. 여기서, 스마트 그리드는 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망이다. 스마트 그리드 네트워크에 해킹 등에 의한 네트워크 침입이 발생하는 경우에, 수용가의 전력망에 막대한 장애를 초래 할 수 있고, 스마트 그리드 네트워크에 위치한 전력 공급원에게 까지 영향을 미칠 수 있다. 　
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수용가의 불편함을 최소화하면서 전력을 관리할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 영역의 전력을 관리하는 장치가 제공된다. 상기 전력 관리 장치는, 상기 제1 영역 중 경비 장치에 의해 경비되고 있는 제2 영역에 대한 제1 정보를 수집하고, 상기 제1 영역 중 사람이 있는 제3 영역에 대한 제2 정보를 수집하는 수집부; 및 전력 절감을 위한 제1 모드에서, 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보를 이용해 상기 제2 영역 내의 제1 부하 장치에 공급되는 전력을, 상기 제3 영역 내의 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 차단하는 제어부를 포함한다.
상기 수집부는, 상기 제1 영역 중 사람이 없는 제4 영역에 대한 제3 정보를 수집할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 제1 부하 장치를 위해 감축된 제1 전력량이 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제3 정보를 이용해 상기 제4 영역 내의 제3 부하 장치에 공급되는 전력을, 상기 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 차단할 수 있다.
상기 수집부는, 상기 제1 영역의 조도에 대한 제4 정보를 수집할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 제1 전력량과 상기 제3 부하 장치를 위해 감축된 제2 전력량의 합인 제1 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제4 정보를 이용해 상기 제1 영역 내의 조명 장치의 조도를, 상기 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 낮출 수 있다.
상기 제어부는, 상기 조명 장치 중 비상 전원에 연결된 조명 장치를 제외한 나머지의 조도를 단계적으로 낮출 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 제1 합과 상기 조명 장치의 조도 감량에 대응하는 전력량의 합인 제2 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 에너지 저장 장치에 저장된 에너지가 상기 제1 영역을 위해 사용될 수 있도록, 상기 에너지 저장 장치를 상기 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 방전시킬 수 있다.
상기 제2 부하 장치는 공기 조화를 위한 장치일 수 있다.
상기 수집부는, 상기 제3 영역 내의 온도, 습도 및 기류량에 대한 제5 정보를 수집할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 제2 합과 상기 방전된 에너지량에 대응하는 전력량의 합인 제3 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제5 정보를 이용해 상기 제3 영역을 위한 예측 불만족도(PPD: Predicted Percentage of Dissatisfied)를 임계값 이하로 유지하면서 상기 제2 부하 장치의 전력 사용량이 줄어들도록, 상기 제2 부하 장치를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 제3 영역을 위한 예상 평균 온열감(PMV: Predicted Mean Vote)이 -0.5에서 0.5 이내의 값으로 유지될 정도로, 상기 제2 부하 장치를 통해 상기 제3 영역의 온도 또는 습도를 조절할 수 있다.
상기 수집부는, 상기 제3 영역에 있는 사람의 온도에 대한 제6 정보를 수집할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 제5 정보, 상기 제6 정보, 및 상기 제3 영역에 있는 사람의 착의량과 활동량을 이용해 상기 제3 영역을 위한 PMV를 계산할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 제3 합과 상기 제2 부하 장치를 위해 감축된 전력량의 합인 제4 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제3 영역 내의 사무용 장치를 대기 모드 또는 절전 모드로 전환시킬 수 있다.
상기 전력 관리 장치는, 상기 제1 영역의 전력 사용량을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 전력 사용량을 외부의 제1 서버로 전송하고, 상기 제1 서버로부터 상기 제1 모드로의 진입 명령과 상기 목표 전력 감축량을 수신할 수 있다.
상기 제1 영역의 전력 감축량은 외부의 제2 서버에 의해 공인될 수 있다.
상기 제2 서버에 의해 공인된 상기 제1 영역의 전력 감축량은 외부의 제3 서버에 의해 탄소 감축량으로 계산될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 영역의 전력을 관리하는 장치가 제공된다. 상기 전력 관리 장치는, 상기 제1 영역 중 경비 장치에 의해 경비되고 있는 제2 영역에 대한 제1 정보, 상기 제1 영역 중 사람이 없는 제3 영역에 대한 제2 정보, 상기 제1 영역 중 사람이 있는 제4 영역에 대한 제3 정보, 그리고 상기 제1 영역의 조도에 대한 제4 정보를 수집하는 수집부; 및 전력 절감을 위한 제1 모드에서, 목표 전력 감축량에 따라, 상기 제4 영역 내의 제1 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저, 상기 제1 정보 내지 상기 제4 정보 중 적어도 하나를 이용해 상기 제2 영역 내의 제2 부하 장치에 공급되는 전력을 차단하거나, 상기 제3 영역 내의 제3 부하 장치에 공급되는 전력을 차단하거나, 상기 제1 영역 내의 조명 장치의 조도를 낮추거나, 또는 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치를 방전시키는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전력 관리 장치가 제1 영역의 전력을 관리하는 방법이 제공된다. 상기 전력 관리 방법은, 전력 절감을 위한 제1 모드로의 진입 명령과 목표 전력 감축량을 수신하는 단계; 상기 제1 영역 중 경비 장치에 의해 경비되고 있는 제2 영역에 대한 제1 정보와 상기 제1 영역 중 사람이 있는 제3 영역에 대한 제2 정보를 수집하는 단계; 및 상기 목표 전력 감축량에 따라, 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보를 이용해, 상기 제2 영역 내의 제1 부하 장치에 공급되는 전력을, 상기 제3 영역 내의 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저, 차단하는 단계를 포함한다.
기존의 건물 자동화 시스템(BAS: Building Automation System)를 통한 전력 수요 관리 시스템은, 직접적으로 전력을 관리 제어 함으로써, 재실자의 환경 상황, 쾌적성, 타 공간의 에너지 사용 여부 등 전체적인 에너지 사용량에 대한 고려 없이, 일방적인 전력 감축을 수행한다. 이로 인해, 사람이 불편함을 느끼는 상황이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 부하 장치 중 차단 가능한 부하를 탐색하고, 차단 가능한 부하가 복수인 경우에 선별적으로 부하를 차단하고, 필요한 전력량 정보와 부하를 차단할 수 있는 시간 정보를 파악함으로써, 수용가의 불편함 최소화와 에너지 절감이라는 두가지 목적을 모두 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전력 차단 없이, 에너지 사용량을 분석하고 각 재실의 온도 수치와 조명의 밝기를 조절함으로써, 필요한 만큼만 전력량을 감축할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 수용가와 전력 공급자 모두를 고려한, 양방향 기반 최적화된 지능형 수요 관리 장치 및 방법이 제공될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 실시간으로 수용가의 전력 사용량을 중앙에서 수집하고 모니터링하여, 수용가의 전력을 일방적으로 차단하기에 앞서, 적절한 전력 사용 배분, 온도 조절, 또는 에너지 저장 장치의 에너지 공급을 실행함으로써, 장치의 전력 차단 없이 부하를 감축하고 절감할 수 있다. 이를 통해, 전력 차단으로 인한 수용가의 불편함을 최소화하면서 전력 절감이라는 본래의 목적을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 스마트 그리드 상의 네트워크 보안을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 전력 관리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 전력 관리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 전력 관리 장치가 전력을 관리하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 PMV와 PPD 간의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 전력 관리 시스템(1000)을 나타내는 도면이다.
전력 관리 시스템(1000)은, 전력 관리 장치(100), 전력 수요 관리 통합 서버(200), iSMART 장치(300), 탄소 배출 관리 서버(400), 및 보안 장치(11~14)를 포함한다. 전력 관리 장치(100), 전력 수요 관리 통합 서버(200), iSMART 장치(300), 및 탄소 배출 관리 서버(400)는 인터넷 등과 같은 네트워크(20)를 통해 연결될 수 있다.
전력 관리 장치(100)는 자신이 관리하는 영역(예, 수용가의 건물)의 전력량을 측정하고, 측정된 전력량을 전력 수요 관리 통합 서버(200)로 전송한다. 그리고 전력 관리 장치(100)는 전력 수요 관리 통합 서버(200)로부터 전력 감축 명령과 목표 전력 감축량을 수신할 수 있다. 전력 관리 장치(100)는 복수 일 수 있고, 각 전력 관리 장치(100)는 각 영역(예, 건물)의 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 장치(100)에 대해서는 도 2를 참고하여 자세히 설명한다.
전력 수요 관리 통합 서버(200)는, 다수의 수용가의 전력 수요를 통합적으로 관리한다. 구체적으로, 전력 수요 관리 통합 서버(200)는, 전력 관리 장치(100)에 의해 관리되는 영역(이하 '제1 영역')의 전력 사용량을 수신하고, 수신된 전력 사용량에 기초해 제1 영역에 대한 전력 감축이 필요한 지 여부를 판단한다. 전력 감축이 필요한 경우에, 전력 수요 관리 통합 서버(200)는, 전력 관리 장치(100)에게 전력 감축 명령과 목표 전력 감축량을 전송할 수 있다.
iSMART 장치(300)는, 정부(예, 한국전력공사)에서 제공하는 전기 사용 서비스인 iSMART 서비스를 위한 장치이다. iSMART 장치(300)는, 제1 영역에서 소비되는 전력량을 실시간으로 집계하여, 전력 수요 관리 통합 서버(200)에게 제공할 수 있다. 전력 수요 관리 통합 서버(200)는 iSMART 장치(300)로부터 수신된 정보를 이용해, 제1 영역의 전력 감축량을 판단할 수 있다.
탄소 배출 관리 서버(400)는, 제1 영역의 전력 감축량을 실시간으로 탄소 감축량으로 계산하고, 제1 영역을 위한 탄소 배출권을 관리한다. 여기서 탄소 배출권은 거래될 수 있고, 거래로 인해 발생된 이익은 제1 영역의 수용가에게 제공될 수 있다.
보안 장치(11~14)는 데이터 암호화 등과 같은, 각 장치(100~400)의 보안을 위한 동작을 수행한다. 예를 들어, 보안 장치(14)는 전력 관리 장치(100)로부터 출력되는 데이터를 암호화하여 네트워크(20)를 통해 다른 장치(예, 200)로 송신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 전력 관리 장치(100)를 나타내는 도면이다.
전력 관리 장치(100)는 측정부(110), 수집부(120), 및 제어부(130)를 포함한다.
측정부(110)는 제1 영역에 있는 부하 장치들에 의해 소비되는 전력량을 측정한다. 구체적으로, 측정부(110)는 전력 사용량을 실시간으로 측정할 수 있는 스마트 미터기(smart meter)를 통해, 제1 영역의 전력 사용량을 획득할 수 있다. 측정부(110)는 측정(획득)된 전력량을 제어부(130)로 전송한다.
수집부(120)는 제1 영역과 관련된 정보를 수집한다. 구체적으로, 수집부(120)는 경비 장치를 통해, 제1 영역 중 경비 장치에 의해 경비되고 있는 영역(이하 '경비 영역')에 대한 정보(이하 '경비 정보')를 수집할 수 있다. 또한, 수집부(120)는 사람을 감지하는 재실 감지기(예, UWB(Ultra Wide Band) 센서)를 통해, 제1 영역 중 사람이 있는 영역(이하 '재실 영역')에 대한 정보(이하 '재실 정보')와 사람이 없는 영역(이하 '공실 영역')에 대한 정보(이하 '공실 정보')를 수집할 수 있다. 또한, 수집부(120)는 열 영상 카메라를 통해, 재실 영역에 있는 사람의 착의와 인체 표면 온도에 대한 정보를 수집할 수 있다. 또한, 수집부(120)는 조도 센서를 통해, 제1 영역의 조도에 대한 정보를 수집할 수 있다. 또한, 수집부(120)는 기류 센서를 통해, 제1 영역의 기류량에 대한 정보를 수집할 수 있다. 또한, 수집부(120)는 온도 센서와 습도 센서를 통해, 제1 영역 내의 온도(예, 절대 온도)와 습도(예, 절대 습도)에 대한 정보를 수집할 수 있다. 또한, 수집부(120)는 기상청의 날씨 정보(예, 온도 정보)를 수집할 수 있다. 수집부(120)는 수집된 정보를 제어부(130)로 전송한다.
제어부(130)는 측정부(110)로부터 전달받은 제1 영역의 전력 사용량을 전력 수요 관리 통합 서버(200)로 전송한다. 제어부(130)는 전력 수요 관리 통합 서버(200)로부터 전력 감축 명령을 수신한 경우에, 전력 감축 모드로 진입하여, 제1 영역의 전력량을 감축한다. 구체적으로, 제어부(130)는 전력 감축 모드에서, 수집부(120)로부터 전달받은 정보를 이용해, 제1 영역에 있는 부하 장치들을 제어한다. 여기서 제1 영역의 부하 장치들은, 공기 조화를 위한 장치(예, 공기 조화기, 냉방 장치, 난방 장치 등), 조명 장치, O/A 장치(예, 컴퓨터, 팩스, 복사기 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 전력 감축 모드에서, 에너지 저장 장치(미도시)에 저장된 에너지가 제1 영역을 위해 사용될 수 있도록, 에너지 저장 장치를 방전시킬 수 있다. 여기서, 에너지 저장 장치는, 신재생 에너지(예, 태양광 발전, 풍력 발전 등을 통해 생성된 에너지 등)를 저장하는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)일 수 있다.
한편, 전력 관리 장치(100)에는 전력 수요 관리를 위한 어플리케이션(이하 '제1 어플리케이션')이 설치될 수 있다. 전력 관리 장치(100)는 제1 어플리케이션을 통해, 외부 장치(예, 200)와 통신하고, 전력 감축을 위한 동작을 수행할 수 있다.
한편, 전력 관리 장치(100)는, 전력 수요 관리의 공급자 측면이 아니라 수용가(예, 건물 내의 사용자)에게 최적화된 장치이다. 구체적으로 전력 관리 장치(100)는, 실내 재실자의 쾌적성을 저해하지 않는 범위에서, 전력 감축을 위한 자원(장치)를 최대한 안정적으로 확보한다. 일반적으로 냉/난방 장치와 조명 장치가 사용하는 전력량은 제1 영역의 전력 사용량 중 70%~80%를 차지한다. 전력 관리 장치(100)는, 냉/난방 장치와 조명 장치에 의한 부하 또는 전력량을 제1 영역 내의 재실자의 쾌적성이 저해되지 않는 범위에서 감축한다. 예를 들어, 사람은 일정 수준의 온도 변화나 일정 수준의 조도 변화를 감지하지 못하므로, 전력 관리 장치(100)는 인체가 감지하지 못하는 범위에서 온도 또는 조도를 조절하여, 전력량을 감축한다. 이를 통해, 전력 관리 장치(100)는 재실자의 쾌적성을 해치지 않으면서, 부하 감축을 달성할 수 있다.
한편, 전력 관리 장치(100)는 이러한 재실자의 쾌적성을 기반으로 하는 알고리즘을 활용하여, 에너지 저장 장치와 제1 영역의 전력 사용량 중 나머지 20%~30%를 차지하는 부하 장치(예, O/A 장치 등)를 제어하여, 최대의 부하 감축을 안정적 수행할 수 있다.
도 3을 참고하여, 전력 관리 장치(100)의 구체적인 동작에 대해서 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 전력 관리 장치(100)가 전력을 관리하는 과정을 나타내는 순서도이다. 설명의 편의를 위해서, 도 3은 전력 관리 장치(100)의 모드가 전력 감축 모드인 경우를 예시하였다.
전력 관리 장치(100)는 제1 영역에 대한 정보를 수집한다(S100).
전력 관리 장치(100)는 수집된 정보(예, 경비 정보)를 이용해 제1 영역 중 경비 영역을 파악하고, 경비 영역은 사람이 없는 공간이므로, 경비 영역에 있는 모든 부하 장치에 공급되는 전력을 차단한다(S110).
S110 과정에 의해 감축된 전력량이 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에,　전력 관리 장치(100)는 수집된 정보(예, 공실 정보)를 이용해 제1 영역 중 공실 영역을 파악하고, 공실 영역에 있는 모든 부하 장치에 공급되는 전력을 차단한다(S120).
S110 과정과 S120 과정에 의해 감축된 전력량의 합이 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 전력 관리 장치(100)는 수집된 정보(예, 조도 정보)를 바탕으로, 제1 영역에 있는 조명 장치의 조도를 낮춘다(S130). 구체적으로, 전력 관리 장치(100)는, 전력 감축을 위해서, 재실 영역에 있는 조명 장치들의 조도량을 현재 조도량의 20% 이하만큼 줄일 수 있다. 또한, 전력 관리 장치(100)는, 재실 영역의 조명 장치 중 비상 전원에 연결된 조명 장치를 제외한 나머지의 조도량을 목표 전력 감축량에 따라, 단계적으로 감축할 수 있다.
S110~S130 과정에 의해 감축된 전력량의 합이 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 전력 관리 장치(100)는　에너지 저장 장치를 방전시켜 제1 영역에 에너지를 공급한다(S140). 이를 통해, 상전(전력 공급자(예, 한국전력공사)가 제1 영역에게 공급하는 전력)이 절약될 수 있다. 즉, 방전된 에너지량 만큼의 전력량이 절약(또는 감축)될 수 있다. 구체적으로 전력 관리 장치(100)는, 에너지 저장 장치의 충전량(SOC: State Of Charge)을 파악하여, 약정 예비율을 초과하지 않는 범위에서 에너지 저장 장치를 방전시킬 수 있다.
S110~S140 과정에 의해 감축(또는 절약)된 전력량의 합이 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 전력 관리 장치(100)는　사람의 쾌적성과 가장 밀접하게 관련되는, 공기 조화를 위한 장치(이하 '공기 조화 장치')를 제어한다(S150). 구체적으로, 전력 관리 장치(100)는 PMV(Predicted Mean Vote, 예상 평균 온열감)와 PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied, 예측 불만족도)를 고려하여 공기 조화 장치를 제어할 수 있다. 인체의 쾌적성은 온도, 습도와 같은 물리적 환경 인자 뿐만 아니라 활동량, 착의량 등에 의해서도 영향을 받는다. 전력 관리 장치(100)의 수집부(120)는 측정 또는 근사를 통해 이러한 인자들을 정량화할 수 있다. 전력 관리 장치(100)는 정량화된 인자들을 이용해, 사람의 쾌적성을 저해하지 않으면서 에너지 사용량을 절감할 수 있다. 여기서, 쾌적성은 도 4와 같이, 국제 기준에 따라, PMV와 PPD 간의 상관 관계로 수치화될 수 있다. 도 4는 PMV와 PPD 간의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 온열감 척도에 대한 사람들의 의사 표시의 예측 평균치를 나타내는 PMV는 착의량, 건구 온도, 평균 복사 온도, 활동량, 풍속, 및 상대 습도를 이용해 계산될 수 있다. 구체적으로 7단계의 온열감 척도는 매우 덥다(+3), 덥다(+2), 약간 덥다(+1), 쾌적하다(0), 약간 춥다(-1), 춥다(-2), 그리고 매우 춥다(-3) 로 구성된다. 전력 관리 장치(100)는 이러한 PMV 산출을 위한 인자값을 정확히 계측하여, 전력 관리를 위해 사용할 수 있다. 열적으로 불만족한 사람들의 예측 비율을 나타내는 PPD는 국제 기준(ISO)상 10% 미만이면, 쾌적성이 저해되지 않는 것으로 본다. 도 4에 도시된 바와 같이, ISO 쾌적 기준은 PPD < 10% 이고, -0.5 < PMV < 0.5 이다.
이 수치에 기반한 국제 기준(ASHRAE Standard 55, 미국공조학회의 실내온열환경기준)에 따르면, 아래의 표 1과 같이, 상대습도 50%, 기류속도 0.15 m/s 미만, MRT(Mean Radiant Temperature, 평균 복사 온도)=공기온도, 활동량 1.2(일반사무)로 가정했을 경우에, 겨울철 최적 온도는 착의량 1.0 clo 일 때 22℃이고, 여름철 최적 온도는 착의량 0.5 clo 일 때 24.5℃ 이다. 그리고 겨울철 허용 온도 범위는 20~23℃이고, 여름철 허용 온도 범위는 23~26℃이다.
Season Optimum Temperature Acceptable Temperature range Assumption for other PMV inputs
Winter 22℃ 20~23℃ - relative humidity : 50%
- mean relative velocity : < 0.15 m/s
- mean radiant temperature: equal to air temperature
- metabolic rate 1.2 met
- clothing insulation: 1.0 clo
Summer 24.5℃ 23~26℃ - relative humidity : 50%
- mean relative velocity : < 0.15 m/s
- mean radiant temperature: equal to air temperature
- metabolic rate 1.2 met
- clothing insulation: 0.5 clo
따라서 전력 관리 장치(100)는 사용자 중심의 전력 수요 관리를 수행하기 위해서, 실환경에 맞는 가장 최적의 PMV 값을 추출하고, PPD를 10% 이내로 유지하면서 공기 조화 장치를 제어한다(S150). 구체적으로 전력 관리 장치(100)의 수집부(120)는 PMV 산출을 위한 인자값을 수집한다. 예를 들어, 수집부(120)는 열 영상 카메라를 통해 재실 영역에 있는 사람의 착의 정보 및 인체 표면 온도 정보를 수집하고, 온도 센서와 습도 센서를 통해 재실 영역의 절대 온도와 절대 습도 정보를 수집하고, 기류 센서를 통해 재실 영역의 기류량 정보를 수집하고, 기상청의 예보 온도 정보를 수집한다. 그리고 전력 관리 장치(100)의 제어부(130)는 수집부(120)로부터 전달받은 PMV 산출을 위한 인자값을 이용해, 아래의 수학식 1과 같이, PMV를 산출할 수 있다.
Figure 112014072894953-pat00001
수학식 1에서,
Figure 112014072894953-pat00002
이다. 그리고 수학식 1에서의 나머지 변수는 아래의 표 2와 같다.
변수 또는 상수 정의 단위 비고
M 신진대사에 의한 열 생성률로 신체의 단위 표면적당의 일량 - 인체 표면에서의 W/m2
- 1 metabolic unit = 1 met = 58 W/m2 		열 영상 카메라를 통해 측정
W 외부 일량으로 활동에 따라 공간에 주어지는 일량 W/m2 업종에 따른 상수화 (표 3 참조)
ta 실내공기온도 ℃ 온도 센서와 습도 센서를 통해 측정
var 상대 기류속도 - m/s
- 실내 공기 유속 V [m/s]=
Figure 112014072894953-pat00003
 기류 센서를 통해 측정
RH 상대습도 % 온도 센서와 습도 센서를 통해 측정
tr 평균 복사 온도(MRT) ℃
Icl 착의량 clo 업종에 따른 상수화(표 4 참조)
pa 실내공기의 수증기분압 kPa RH와 ta의 함수
tcl 인체표면의 평균온도 ℃ 열 영상 카메라를 통해 측정
fcl 옷을 입었을 때와 벗었을 때의 표면적 비
hc 대류 열전달 계수 W/(m2℃)
한편, 전력 관리 장치(100)가 활동량을 계산하기 위한 인자들(예, 수학식1에서의 W)을 측정하는 것은 무리가 있으므로, 활동량 계산을 위한 인자들은 평균 지표를 통해 전력 관리 장치(100)가 설치되는 업종의 특성을 고려해, 아래의 표 3과 같이, 상수화될 수 있다.
Figure 112014072894953-pat00004
그리고 착의량 인자(수학식1에서의 Icl)는 아래의 표 4와 같이, 상수화될 수 있다.
Figure 112014072894953-pat00005
전력 관리 장치(100)는 재실 영역을 위한 PPD를 10% 이내로 유지하면서 재실 영역에 있는 공기 조화 장치의 전력 사용량이 줄어들도록, 제어할 수 있다. 즉, 전력 관리 장치(100)는 재실 영역을 위한 PMV가 -0.5에서 0.5 이내의 값으로 유지될 정도로, 재실 영역의 공기 조화 장치를 통해 재실 영역의 온도 또는 습도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 여름철인 경우에, 전력 관리 장치(100)는 PMV가 -0.5 에서 0.5 이내의 값으로 유지되는 범위 내에서, 공기 조화 장치(예, 냉방 장치)를 통해 재실 영역의 온도를 높일 수 있다. 다른 예를 들어, 겨울철인 경우에, 전력 관리 장치(100)는 PMV가 -0.5 에서 0.5 이내의 값으로 유지되는 범위 내에서, 공기 조화 장치(예, 난방 장치)를 통해 재실 영역의 온도를 낮출 수 있다.
한편, 스마트 미터기를 통해 제1 영역의 전력 사용량이 실시간으로 측정되고, 전력 관리 장치(100)는 목표 전력 감축량 만큼 성공적으로 전력량이 감축되었는지를 모니터링하여, 상황에 맞는 부하 감축을 지속적으로 수행할 수 있다.
한편, S110~S150 과정에 의해 감축된 전력량이 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 전력 관리 장치(100)는 O/A 관리 에이전트를 통해, 일정 시간 동안 사용되고 있지 않은 O/A 장치(예, 재실 영역에 있는 O/A 장치)를 대기 모드 또는 절전 모드로 전환시켜, 전력량을 추가적으로 감축할 수 있다. 여기서 O/A 관리 에이전트는 O/A 장치에 설치되는 프로그램이다.
한편, 전력 관리 장치(100)는 제1 영역에 있는 모든 부하 장치에 대한 정보를 수집, 관리, 및 제어하고, 전력 관리 장치(100)는 전력 수요 관리 통합 서버(200)를 통해 관리된다. 각 장치(100~400)는 보안 장치(11~14)를 통해 통신상의 데이터를 암호화하여 송수신함으로써, 스마트 그리드 상에서 네트워크 보안을 유지할 수 있다.
한편,　제1 영역에서 사용되는 전력량은 전력 관리 장치(100), 전력 수요 관리 통합 서버(200), 및 iSMART 장치(300)를 통해 실시간으로 집계되고, 이를 통해, 제1 영역의 전력 감축량은 실시간으로 모니터링될 수 있다.
한편, 전력 관리 장치(100)에 의해 감축되는 전력량(에너지 절감량)은 탄소 배출 관리 서버(400)를 통해 실시간으로 탄소 감축량으로 계산되어 관리될 수 있다. 그리고 향후 탄소 배출권 거래가 활성화되는 경우에, 거래로 인해 발생되는 이익은 수용가에게 제공될 수 있다.
한편, S110~S140 과정의 순서는 바뀔 수 있다. 예를 들어, 전력 관리 장치(100)는 S120, S110, S130, S140, S150 순서로 수행하도록 설계될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 영역의 전력을 관리하는 장치로서,
    상기 제1 영역 중 경비 장치에 의해 경비되고 있는 제2 영역에 대한 제1 정보를 수집하고, 상기 제1 영역 중 사람이 있는 제3 영역에 대한 제2 정보를 수집하는 수집부;
    전력 절감을 위한 제1 모드에서, 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보를 이용해 상기 제2 영역 내의 제1 부하 장치에 공급되는 전력을, 상기 제3 영역 내의 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 차단하는 제어부; 및
    상기 제1 영역의 전력 사용량을 측정하는 측정부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 측정된 전력 사용량을 외부의 제1 서버로 전송하고, 상기 제1 서버로부터 상기 측정된 전력 사용량에 기초한 상기 제1 모드로의 진입 명령 및 목표 전력 감축량을 수신하는
    전력 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수집부는
    상기 제1 영역 중 사람이 없는 제4 영역에 대한 제3 정보 및 상기 제1 영역의 조도에 대한 제4 정보를 수집하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 모드에서, 상기 제1 부하 장치를 위해 감축된 제1 전력량이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제3 정보를 이용해 상기 제4 영역 내의 제3 부하 장치에 공급되는 전력을, 상기 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 차단하고, 상기 제1 전력량과 상기 제3 부하 장치를 위해 감축된 제2 전력량의 합인 제1 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제4 정보를 이용해 상기 제1 영역 내의 조명 장치의 조도를, 상기 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 낮추고, 상기 제1 합과 상기 조명 장치의 조도 감량에 대응하는 전력량의 합인 제2 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 에너지 저장 장치에 저장된 에너지가 상기 제1 영역을 위해 사용될 수 있도록, 상기 에너지 저장 장치를 상기 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저 방전시키는
    전력 관리 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 조명 장치의 조도를 낮추는 경우에, 상기 조명 장치 중 비상 전원에 연결된 조명 장치를 제외한 나머지의 조도를 단계적으로 낮추는
    전력 관리 장치.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 부하 장치는 공기 조화를 위한 장치이고,
    상기 수집부는
    상기 제3 영역 내의 온도, 습도 및 기류량에 대한 제5 정보를 수집하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 모드에서, 상기 제2 합과 상기 방전된 에너지량에 대응하는 전력량의 합인 제3 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제5 정보를 이용해 상기 제3 영역을 위한 예측 불만족도(PPD: Predicted Percentage of Dissatisfied)를 10% 이하로 유지하면서 상기 제2 부하 장치의 전력 사용량이 줄어들도록, 상기 제2 부하 장치를 제어하고, 상기 제3 영역을 위한 예상 평균 온열감(PMV: Predicted Mean Vote)이 -0.5에서 0.5 이내의 값으로 유지될 정도로, 상기 제2 부하 장치를 통해 상기 제3 영역의 온도 또는 습도를 조절하는
    전력 관리 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 수집부는
    상기 제3 영역에 있는 사람의 온도에 대한 제6 정보를 수집하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 모드에서, 상기 제3 영역을 위한 PMV를 아래의 수학식 1에 기초해 계산하는
    전력 관리 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112016028078893-pat00010

    (M: 상기 제3 영역에 있는 사람의 활동열량, W: 외부일량, pa: 상기 제3 영역의 실내 공기의 수증기 분압, ta: 상기 제3 영역의 실내공기온도, Icl: 상기 제3 영역에 있는 사람의 착의량, tr: 상기 제3 영역의 평균 복사 온도, var: 상기 제3 영역의 상대기류속도)
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 모드에서, 상기 제3 합과 상기 제2 부하 장치를 위해 감축된 전력량의 합인 제4 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제3 영역 내의 사무용 장치를 대기 모드 또는 절전 모드로 전환시키는
    전력 관리 장치.
  10. 삭제
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역의 전력 감축량은 외부의 제2 서버에 의해 공인되고,
    상기 제2 서버에 의해 공인된 상기 제1 영역의 전력 감축량은 외부의 제3 서버에 의해 탄소 감축량으로 계산되는
    전력 관리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 전력 관리 장치가 제1 영역의 전력을 관리하는 방법으로서,
    상기 제1 영역의 전력 사용량을 측정하여, 외부의 제1 서버로 전송하는 단계;
    상기 제1 서버로부터, 상기 측정된 전력 사용량에 기초한 제1 모드로의 진입 명령과 목표 전력 감축량을 수신하는 단계;
    상기 제1 영역 중 경비 장치에 의해 경비되고 있는 제2 영역에 대한 제1 정보, 상기 제1 영역 중 사람이 있는 제3 영역에 대한 제2 정보, 상기 제1 영역 중 사람이 없는 제4 영역에 대한 제3 정보, 그리고 상기 제3 영역의 조도에 대한 제4 정보를 수집하는 단계; 및
    상기 제1 모드에서, 상기 제3 영역 내의 제2 부하 장치를 제어하는 것 보다 먼저, 상기 목표 전력 감축량에 따라, 상기 제1 정보, 상기 제2 정보, 상기 제3 정보, 및 상기 제4 정보를 이용해, 상기 제2 영역 내의 제1 부하 장치에 공급되는 전력을 차단하는 것, 상기 제4 영역 내의 제3 부하 장치에 공급되는 전력을 차단하는 것, 상기 제3 영역 내의 조명 장치의 조도를 낮추는 것, 및 에너지 저장 장치를 상기 제1 영역을 위해 방전시키는 것을 순차적으로 수행하는 단계
    를 포함하는 전력 관리 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제3 영역 내의 온도, 습도 및 기류량에 대한 제5 정보를 수집하는 단계;
    상기 제1 부하 장치를 위해 감축된 전력량, 상기 제3 부하 장치를 위해 감축된 전력량, 상기 조명 장치의 조도 감량에 대응하는 전력량, 그리고 상기 방전된 에너지량에 대응하는 전력량의 합이 상기 목표 전력 감축량 보다 적은 경우에, 상기 제5 정보를 이용해 상기 제3 영역을 위한 PPD를 임계값 이하로 유지하면서 공기 조화를 위한 상기 제2 부하 장치의 전력 사용량이 줄어들도록, 상기 제2 부하 장치를 제어하는 단계; 및
    상기 제3 영역을 위한 예상 평균 온열감(PMV)이 -0.5에서 0.5 이내의 값으로 유지될 정도로, 상기 제2 부하 장치를 통해 상기 제3 영역의 온도 또는 습도를 조절하는 단계
    를 더 포함하는 전력 관리 방법.
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