KR101744298B1 - 지그비 통신기반의 피크전력 제어장치 및 제어 방법 - Google Patents

지그비 통신기반의 피크전력 제어장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단위 사업장에 설치되어 피크전력을 체계적으로 관리할 수 있게 하는 지그비 무선통신기반의 피크전력 제어장치에 관한 것으로서, 부하에 연결되어 상기 부하에서 소비되는 전력을 측정하는 지그비 단말; 상기 연결된 다수의 지그비 단말로부터 지그비 무선통신을 이용하여 상기 부하에서 측정된 전력 소비량을 수신받고 상기 지그비 단말에 연결된 총 부하의 총 누적 전력 사용량을 검출하며, 상기 지그비 단말이 피크전력을 초과한 경우 상기 지그비 단말에 연결된 상기 부하 중 각각의 부하에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 전력 사용 비율에 따라 우선적으로 오프시킬 부하를 선택하여 오프시키는 지그비 코디네이터; 및 클라이언트로부터의 요청에 의해 상기 지그비 코디네이터에 의해 검출한 피크 전력 정보를 상기 클라이언트에게 웹페이지 형태로 제공하는 웹서버를 포함하여 구성되어, 피크전력을 관리하기 위해 목표량을 설정한 후, 이 목표 전력을 넘지 않도록 불필요한 전력의 사용을 자동으로 제어하여 피크전력 관리 및 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

Description

지그비 통신기반의 피크전력 제어장치 및 제어 방법{Peak Power Control System and Method based on Zigbee wireless communication}
본 발명은 지그비 통신기반의 피크전력 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 단위 사업장에 설치되어 피크전력을 체계적으로 관리할 수 있게 하는 지그비 무선통신기반의 피크전력 제어장치에 관한 것이다.
소규모 사업장 또는 가정과 같은 단위사업장에서의 전력소비는 총소비전력으로 관리된다. 예컨대, 사용자가 설정한 피크전력 값을 현재 소비전력이 초과하는 경우에 전력의 인입단에 설치된 릴레이 모듈이 전력을 차단하여 전기요금을 절약할 수 있도록 구성되어 있다.
따라서, 계약전력 100KW 이상 사용하는 고압 수용가에 징수되는 전기요금은 1년 중 하계 및 동계의 최대수요전력(peak power, 이하, 피크전력이라 칭함)을 향후 1년간의 기본요금을 적용하기 때문에 피크전력을 실시간으로 감시 및 제어할 필요성이 있다. 여기서 피크전력이란 수용가에서 연간 발생하는 15분 누적된 평균전력 중 최대치를 의미한다.
즉, 피크전력이란 에너지 소비량이 많은 여름철과 겨울철에 단위 사업장에서 사용되는 최대전력 사용량을 의미하며, 이는 다음해의 전기요금의 기본료로 책정되며 사용량과 합산되어 매월 전기료가 부과된다. 따라서 피크전력을 체계적으로 관리한다면 전기요금을 최대 30%까지 절약하는 것이 가능하게 된다. 이를 위해서는 피크전력을 관리하는 제어기의 개발이 절실히 요구되고 있다.
또한, 이와 같은 관리에서 있어서, 피크전력제어가 이루어지고 있지만, 대부분의 경우 최대전력을 사용하는 부하를 판단하여 최대전력을 사용하는 부하에 대응하는 장치를 강제적으로 오프시킨다. 이 경우 최대전력을 사용하는 장치의 경우 대부분의 경우 중요한 장치이므로 소규모 사업장의 경우 문제를 발생시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 피크전력을 관리하기 위해 목표량을 설정한 후, 이 목표 전력을 넘지 않도록 불필요한 전력의 사용을 자동으로 제어하여 피크전력 관리 및 에너지 효율을 극대화하여 기본 전기요금의 절약이 가능한 지그비 통신기반의 피크전력 제어장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 피크전력을 관리함에 있어서, 효율적으로 관리함으로써, 여름철 및 겨울철에 예비전력 부족으로 발생할 수도 있는 예비전력 문제를 효율적으로 예방할 수 있는 지그비 통신기반의 피크전력 제어장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 지그비 통신기반의 피크전력 제어 장치는, 부하에 연결되어 상기 부하에서 소비되는 전력을 측정하는 지그비 단말; 상기 연결된 다수의 지그비 단말로부터 지그비 무선통신을 이용하여 상기 부하에서 측정된 전력 소비량을 수신받고 상기 지그비 단말에 연결된 총 부하의 총 누적 전력 사용량을 검출하며, 상기 지그비 단말이 피크전력을 초과한 경우 상기 지그비 단말에 연결된 상기 부하 중 각각의 부하에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 전력 사용 비율에 따라 우선적으로 오프시킬 부하를 선택하여 오프시키는 지그비 코디네이터; 및 클라이언트로부터의 요청에 의해 상기 지그비 코디네이터에 의해 검출한 피크 전력 정보를 상기 클라이언트에게 웹페이지 형태로 제공하는 웹서버를 포함하여 구성된다.
상기 우선적으로 오프시킬 부하의 선택은, 상기 부하의 중요도 및 상기 전력 사용 비율을 곱한 결과값이 가장 낮은 것을 선택하는 것이다.
상기 지그비 단말은, 상기 부하에서 사용되는 전력량을 검출하기 위한 전류센서; 상기 부하를 온/오프(ON/OFF)시킬 수 있는 릴레이 모듈; 상기 부하에서 사용되는 전력을 측정하여 상기 지그비 코디네이터로의 전송을 제어하는 단말통신부; 및 상기 이를 전류센서, 상기 단말통신부, 상기 릴레이 모듈을 제어하여 상기 지그비 코디네이터에 따른 명령을 수행하는 단말제어부를 포함하는 것이다.
상기 지그비 코디네이터는, 전체 지그비 단말들에 연결된 부하에서 소비되는 전력을 측정하는 적산전력계; 상기 다수의 지그비 단말과 통신하여 상기 지그비 단말로부터 전송된 부하가 소비하는 전력에 대한 정보를 전송받는 지그비 통신부; 및 인터넷을 통해 원격에서 유선 또는 무선으로 지그비 코디네이터(200)가 생성한 웹페이지 또는 웹서버(300)에 접속하거나 접속을 허용할 수 있는 이더넷 통신부; 상기 지그비 단말이 피크 전력을 초과하는 경우 상기 지그비 단말에 연결된 상기 부하 중 각각의 부하에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 전력 사용 비율을 곱하여 곱한 결과값이 가장 낮은 값에 대응하는 부하에 연결된 노드를 오프시키도록 제어하는 코디네이터 제어부를 포함하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 지그비 통신기반의 피크전력 제어 방법은, 각각의 지그비 단말에 대한 피크전력(peak power)값을 설정하는 단계; 상기 지그비 단말에 연결된 부하들의 지그비 전력을 체크하는 제1 체크단계; 현재 소비전력값이 상기 설정된 피크전력값을 초과하는 지의 여부를 판단하는 제1 판단단계; 상기 제1 판단단계에서의 판단결과 현재 소비전력값이 피크전력값을 초과하는 것으로 판단되면 오프시킬 상기 부하의 노드를 오프시키는 단계; 상기 지그비 단말을 통해 연결된 상기 부하들의 지그비 전력을 체크하는 제2 체크단계; 상기 현재 소비전력값이 피크전력값의 90%의 값 미만인지의 여부를 판단하는 제2 판단단계; 상기 제2 판단단계에서 판단 결과 현재 소비전력값이 피크전력값의 90%의 값 미만인 것으로 판단되면 상기 부하가 연결된 노드를 온시키는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 제1 체크단계 및 상기 제2 체크단계 중 어느 한 단계 이후에, 상기 피크전력의 5%에 해당하는 전력을 설정하고 현재 소비전력이 이 범위 내에 존재하는 지의 여부를 판단하는 제3 판단단계; 상기 현재 소비전력이 상기 피크전력의 5% 이내에 있는 경우 상기 지그비 단말에 대한 온 오프 제어를 종료하는 단계; 및 상기 현재 소비전력이 피크전력의 5%를 초과하는 경우 상기 대응하는 제1 체크단계 및 상기 제2 체크단계 중 어느 한 단계로 진행하는 단계를 더 포함하는 것이다.
제5항에 있어서, 상기 부하의 노드를 오프시키는 단계는, 상기 지그비 단말에 연결된 상기 부하 중 각각의 부하에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 대응하는 부하의 전력 사용 비율을 곱하여 통합중요도를 계산하는 단계; 상기 통합중요도의 값이 가장 낮은 부하에 대응하는 노드를 오프시키는 단계; 및 상기 오프시키는 단계 이후 상기 제1 체크단계로 진행하는 단계를 더 포함하는 것이다.
본 발명에 따른 지그비 통신기반의 피크전력 제어장치 및 제어 방법은 피크전력을 관리하기 위해 목표량을 설정한 후, 이 목표 전력을 넘지 않도록 불필요한 전력의 사용을 자동으로 제어하여 피크전력 관리 및 에너지 효율을 극대화하여 기본 전기요금의 절약을 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 지그비 통신기반의 피크전력 제어장치 및 제어 방법은 피크전력을 효율적으로 관리함으로써, 여름철 및 겨울철에 예비전력 부족으로 발생할 수도 있는 예비전력 문제로 인한 전력대란을 효율적으로 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 기반의 피크전력 제어시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지그비 단말의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지그비 코디네이터의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 웹서버의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지그비 통신기반의 피크전력 제어하는 과정을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 전력소비 장치를 구비한 단위 사업자에 대응하는 중요도, 전력 사용비율 및 통합중요도를 나타낸 테이블.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6의 단계를 중지하는 인터럽트를 설명한 순서도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 단말을 구현하여 실험한 상태를 나타낸 사진.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 코디네이터를 구현하여 실험한 상태를 나타낸 사진.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 부하에 따라 소비전력을 표시한 것을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 기반의 피크전력 제어시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 제안된 시스템은 크게 다수의 지그비 단말(100)과 이를 제어하는 지그비 코디네이터(200)로 구성된다. 다수의 지그비 단말(100)은 에어컨, 모터 및 전등 등과 같은 부하(10)에 연결되어 해당 부하(10)에서 소비되는 전력을 측정하고 측정된 소비전력을 지그비 무선통신을 이용하여 원격의 지그비 코디네이터(200)에 전송한다. 지그비 코디네이터(200)는 다수의 지그비 단말(100)로부터 전송된 소비전력을 취합하여 체계적인 피크전력을 관리하며, 각각의 지그비 단말(100)에 연결된 총사용전력을 인지한다. 지그비 코디네이터(200)는 사용자가 기입력한 부하(10)의 중요도 및 전력 사용 비율에 따라 우선적으로 오프시킬 부하(10)를 선택하여 오프시킨다. 예컨대, 부하의 중요도가 높은 경우에는 해당 부하(10)의 전력 사용 비율이 높은 경우라도 중요도가 높은 경우에는 끊지 않고, 유지시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지그비 단말의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 지그비 단말(100)은 부하(10)에서 사용되는 전력량을 검출하기 위한 전류센서(120)와 해당 부하를 온/오프(ON/OFF) 시킬 수 있는 릴레이 모듈(150)(Relay module) 및 해당 부하(10)에서 사용되는 전력을 측정하여 원격의 지그비 코디네이터(200)로 전송을 제어하는 단말통신부(130), 부하(10)에 연결된 노드의 온/오프 조절을 위해 지그비 코디네이터(200)로부터의 명령에 따라 해당 부하(10)의 노드를 온/오프시키는 릴레이 모듈(150) 및 이를 제어하는 단말제어부(140)로 구성된다. 예컨대, 본 발명의 구현을 위한 실험을 위하여 지그비 단말의 구성을 위해 아두이노 우노(Arduino UNO), 지그비 쉴드, 전류센서 및 릴레이 모듈을 사용하였다. 한편, 도면 식별기호 160은 단말통신부(130), 단말제어부(140) 및 릴레이 모듈(150)을 통칭하여 나타낸다. 이에 대해서는 후술하는 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지그비 코디네이터의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다. 도 3을 참조하면, 지그비 코디네이터(200)는 사업장 전체에서 소비되는 전력을 측정하는 전자식 전산전력계(240), 다수의 지그비 단말(100)과 통신하여 지그비 단말(100)로부터 전송된 부하가 소비하는 전력에 대한 정보를 전송받는 지그비 통신부(210) 및 인터넷을 통해 원격에서 유선 또는 무선으로 지그비 코디네이터(200)가 생성한 웹페이지 또는 웹서버(300)에 접속하거나 접속을 허용할 수 있는 이더넷 통신부(230) 및 3상의 적산전력계(240)에서 사용하는 RS485포트를 코디네이터 제어부(220)의 RS232규격으로 변환하기 위한 RS485/RS232 변환기(미도시됨)를 포함한다. 즉, 적산전력계(240)는 모든 연결된 지그비 단말(100)에서 총 사용하는 누적된 전력을 산출해 낸다. 한편, 코디네이터 제어부(220)는 상기 지그비 단말이 피크 전력을 초과하는 경우 상기 지그비 단말(100)에 연결된 상기 부하(10) 중 각각의 부하(10)에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 전력 사용 비율을 곱하여 곱한 결과값이 가장 낮은 값에 대응하는 부하(10)에 연결된 노드를 오프시키도록 제어한다.
또한, 피크전력량에 기반하여 효율적인 전력 관리를 위한 알고리즘이 탑재되어 있다. 예컨대, 본 발명의 구현을 위한 실험을 위하여 아두이노 메가(Arduino Mega), 이더넷 쉴드(Ethernet shield), 지그비 쉴드(Xbee shield) 등이 사용된다. 한편, 이더넷 통신부(230), 코디네이터 제어부(220) 및 지그비 통신부(210)를 통칭하여 도면식별 기호 250으로 나타낸다. 이에 대해서는 후술하는 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 웹서버(300)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다. 도 4를 참조하면, 웹서버(300)는 웹 페이지를 클라이언트(400)로 전송하는 것이다. 본 발명에서는 지그비 코디네이터(200) 측의 이더넷 통신부(230)를 이용하여 클라이언트(400)로 정보를 제공한다. 이더넷 통신부(230)는 마이크로SD (Micro-SD) 소켓이 내장되어 있으며, 마이크로SD 카드를 이용하여 다수의 지그비 단말기(100)에서 송신되는 데이터를 수신받아 저장한 후, 저장된 데이터를 웹 페이지에 표시한다. 클라이언트(400)는 웹서버(300)에 접속하여 웹 페이지를 통해 표시된 데이터를 검색 및 확인할 수 있다. 웹 페이지에서 제공하는 데이터는 다수의 지그비 단말기(100)에서 사용하는 각각의 소비 전력 및 다수의 지그비 단말기(100)에서 사용하는 소비 전력의 총 합이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지그비 통신기반의 피크전력 제어하는 과정을 나타낸 순서도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 전력소비 장치를 구비한 단위 사업자에 대응하는 중요도, 전력 사용비율 및 통합중요도를 나타낸 테이블이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 피크전력 제어 알고리즘은 단위사업장에 설치되어 전력을 소비하는 해당 부하(10)의 총소비전력량이 설정된 피크전력량을 초과할 경우, 사업장의 효율적인 운영을 가능하게 할 수 있도록 중요도가 낮은 전력장치를 체계적으로 관리한다. 이를 위해 본 발명에서는 단위사업장에서 사용되고 있는 부하(10)의 중요도(Importance Factor: IF)와 설정된 피크전력에서 해당 부하(10)에서 사용되고 있는 전력사용비율(Power Consumption Ratio: PCR)을 고려하여 중요도를 계산하고 이를 기반으로 피크전력을 관리하고자 한다. 한편, 후술하는 단계에서의 판단은 별도로 지시하지 않은 경우 지그비 코디네이터(200)가 수행하는 것이다.
S202단계에서 각각의 지그비 단말(100)에 대한 피크전력(peak power)값을 설정한다. 전술한 바와 같이 피크전력은 최대전력사용량의 15분간의 평균 전력이다.
S204 단계에서 각각의 지그비 단말(100)을 통해 연결된 부하(10)들의 지그비 전력을 체크한다. S206단계에서 현재 소비전력값이 피크전력값을 초과하는 지의 여부를 판단한다.
현재 소비전력값이 피크전력값을 초과하는 것으로 판단되면(S206단계, Y), 오프시킬 해당 부하의 노드를 결정한다(S208단계). 현재 소비전력값이 피크전력값 이하인 것으로 판단되면(S206단계, N), S204단계로 리턴한다.
오프시킬 부하(10) 노드의 결정은 통합중요도(Total Importance Factor: TIF)를 구하여 판단한다. 먼저, IFi는 해당 전력장치의 중요도를 의미하며 이는 관리자의 주관적인 판단에 의해 0~1사의 값을 갖도록 수학식 1과 같이 설정된다.
Figure 112015085294918-pat00001
여기서, IFi는 i-번째 전력장치의 중요도를 나타낸다. 또한 i번째 부하에서 현재 사용되고 있는 전력사용비율(PCRi)은 다음의 수학식 2와 같이 0~1 사이의 값으로 규정되며, 부하1, 부하2 및 부하3의 전력사용비율을 합한 값은 총전력사용비율인 1의 값을 갖는다. 각 부하의 전력사용비율(PCR)은 총 전력사용비율분에 해당 부하의 전력사용비율(PCR)을 나눈값으로 구할 수 있다.
Figure 112015085294918-pat00002
따라서, i번째의 전력소비 장치에 대한 통합중요도(Total Importance Factor: TIFi)는 수학식 3과 같이 수학식 1 및 수학식 2의 곱으로 정의될 수 있으며, 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112015085294918-pat00003
제안된 피크전력 제어 알고리즘은 매 순간 해당 전력장치의 TIFi를 구하고 이를 기반으로 가장 낮은 통합중요도(TIF)값을 갖는 전력장치를 오프시킴으로써 현재 사용되고 있는 전력이 설정된 피크전력을 초과하지 않도록 제어하는 기능을 수행한다. 따라서, 통합중요도가 가장 낮은 값을 갖는 부하(10)에 대응하는 노드를 오프시킨 경우, 다시 한번 현재 전력값을 체크하는 과정인 S204단계로 리턴하여 부하(10)노드가 피크전력 이하로 떨어졌는지의 여부를 체크하고, 체크 결과 현재 소비전력이 피크전력을 초과한 경우 다시 추가적으로 다른 부하(10)에 대응하는 노드를 오프시키는 과정을 반복할 수 있다.
도 6을 참조하면, 전력사용비율(PCRi)은 부하2에 연결된 장치가 가장 높게 나타났음을 알 수 있으며, 중요도(IF)는 부하1에 연결된 장치가 가장 높게 나타난 것을 알 수 있다. 결과적으로 통합중요도(TIF)를 판단하면 부하3에 연결된 장치가 가장 낮게 나타난 것을 알 수 있다. 따라서 현재 소비전력이 피크전력을 초과한 경우, 어느 하나의 부하의 노드를 오프(off)시키는 경우, 부하3에 연결된 노드를 오프시키는 것으로 결정한다.
S210단계에서 지그비 코디네이터(200)는 해당하는 지그비 단말(100)에 대응하는 부하(10)의 노드를 오프시키라는 명령을 전송하여 지그비 단말(100)로 하여금 해당하는 부하(10)의 노드를 오프시키도록 한다.
S212단계에서 해당하는 지그비 단말(100)을 통해 연결된 부하(10)들의 지그비 전력을 체크한다. S214단계에서 현재 소비전력값이 피크전력값의 90%의 값 미만인지의 여부를 판단한다. 현재 소비전력값이 피크전력값의 90%의 값 미만인 것으로 판단되면(S214단계, Y), 해당 부하가 연결된 노드를 온시키는 것으로 결정한다(S216단계). 현재 소비전력값이 피크전력값의 90%의 값 이상인 것으로 판단되면(S214단계, N), S212단계로 리턴한다.
S218단계에서 지그비 코디네이터(200)는 해당하는 지그비 단말(100)에 대응하는 부하의 노드를 온시키라는 명령을 전송하여 지그비 단말(100)로 하여금 해당하는 부하(10)의 노드를 온시키도록 한다.
현재 사용되고 있는 전력의 총합이 피크전력보다 크게 되었을 경우에는 통합중요도(TIF)가 낮은 순서대로 전력의 사용이 중지되어 한다. 그러나 전력사용의 중지로 인해 사용중인 전력이 피크전력보다 작게 된다면 다시 중지된 전력소비장치를 온시키게 되므로 피크전력을 기준으로 반복적인 전력소비장치의 온/오프가 가 반복되는 문제점이 발생하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6의 단계를 중지하는 인터럽트를 설명한 순서도이다. 도 6의 단계 중 S204단계 및 S212단계에서 지그비 전력을 체크하는 단계 중에 피크전력의 5%에 해당하는 전력을 설정하고 현재 소비전력이 이 범위 내에 존재하는 지의 여부를 판단한다(S302단계). 현재 소비전력이 피크전력의 5% 이내에 있는 경우(S302단계, Y), 해당 지그비 단말(100)에 대한 온 오프 제어를 종료한다. 그러나, 현재 소비전력이 피크전력의 5%를 초과하는 경우(S302단계, N)에는 대응하는 S204단계 또는 S212단계로 리턴한다.
한편, 본 발명에 개시된 지그비 기반의 피크전력 제어기의 유용성확인을 위한 실험 장비를 구성하여 실험하였다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 단말을 구현하여 실험한 상태를 나타낸 사진이다. 도 8을 참조하면, 지그비 단말(100)은 도 8과 같이 단말제어부(140)의 기능을 수행하는 아두이노 우노(Arduino UNO), 단말통신부(130)의 기능을 수행하는 지그비 모듈(xbee module), 릴레이 모듈(150) 및 전류센서(120)로 구성하였다. 전류센서(120)가 부하(10)에 연결되어 부하(10)의 전력소비량을 실시간으로 체크한다. 도면에서는 단말 제어부(140) 상에 단말통신부(130) 및 릴레이 모듈(150)을 적층하여 구성한 부분을 도면 식별기호 160으로 표시하였다.
아두이노 UNO는 전류센서(120)를 사용하여 측정한 부하의 전류 값을 입력받는 역할을 하며, 아두이노 우노에 적층된 단말통신부(130)와 릴레이 모듈(150)은 측정된 전력 값을 지그비 코디네이터(200)로 전송하는 역할과 지그비 코디네이터(200)로부터의 명령을 받아 해당 부하를 온/오프시키는 역할을 수행한다. 본 발명에서는 네 개의 지그비 단말을 사용하였으며, 부하(10)로는 각각 컴퓨터 본체, 청소기, 모니터 및 전기 히터를 사용하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 코디네이터를 구현하여 실험한 상태를 나타낸 사진이다. 도 9를 참조하면, 지그비 코디네이터(200)는 사업장 전체에서 소비되는 전력의 측정과 다수의 지그비 단말(100)로부터의 전송된 부하(10)의 부하전력을 전송받아 지그비 단말(100)로 하여금 해당 부하(10)에 연결된 노드의 온/오프를 제어하도록 하는 명령을 수행한다.
본 발명을 구현하기 위한 실험에서 도 9와 같이 전자식 전산전력계(240)로부터 소비되는 전력값과 지그비 단말(100)에 연결된 컴퓨터 본체, 청소기, 모니터 및 전기 히터의 소비 전력 값을 입력 받기 위해 코디네이터 제어부(220)에 대응하는 아두이노 메가2560(Arduino Mega2560)과 지그비 통신부(210)에 대응하는 지그비 모듈을 사용하였으며, 데이터를 저장하고 웹서버를 구성하기 위한 이더넷 쉴드(Ethernet Shiled)를 사용하였다. 한편 전술한 이더넷 쉴드는 전술한 도 4의 이더넷 통신부(230)에 대응한다.
지그비 코디네이터(200)는 실험에 사용된 지그비 단말(100)의 부하(10)로 연결된 컴퓨터 본체, 청소기, 모니터 및 전기 히터의 소비 전력을 웹서버(300)가 제공하는 웹페이지를 통해 클라이언트(400)로 전달한다. 도 9에서는 코디네이터 제어부(220) 상에 지그비 통신부(210) 및 이더넷 통신부(230)를 적층하여 구성한 부분을 도면 식별기호 250으로 표시하였다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 부하에 따라 소비전력을 표시한 것을 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, 웹페이지에 표시되는 화면의 데이터들은 다수의 부하에서 사용되는 소비전력과 전체 부하의 소비전력을 나타낸다. 먼저, 각각의 데이터1(data1), 데이터2, 데이터3, 데이터4는 각각의 4개의 부하에서 사용하는 소비전력을 나타내며, 데이터5은 4개의 부하에서 사용하는 총소비전력, 즉, 데이터1, 데이터2, 데이터3, 데이터4의 소비전력의 합을 나타낸다.
시스템의 피크전력 관리의 성능 확인을 위해 데이터2의 전원은 꺼두었다가 A지점에서 데이터2를 동작시켰을 경우, A지점에서 한차례 설정된 피크전력보다 높은 전력을 사용했음을 알 수 있다. 이 경우에는 피크전력 제어 알고리즘에 의해서 중요도가 낮은 전력장치를 선택하여 부하를 차단한다. 그림 8에서는 피크전력 제어 알고리즘에 의해서 데이터1에 대응하는 부하(10)의 노드가 오프되었음을 알 수 있다.
데이터1에 대응하는 부하(10)의 노드가 오프된 이후에도 데이터5를 살펴보면 총소비전력이 설정된 피크전력의 90%이상을 사용하고 있으므로, 어떠한 전력 장치도 다시 온시키거나 오프시키지 않는다.
다시 B지점에 데이터2의 전력장치 사용을 중지시키는 경우, 전력사용량이 설정된 피크전력량의 90%이하로 떨어지게 되며 이때는 차단되어있던 부하의 노드에 대응하는 데이터1을 다시 온시켜 사용할 수 있도록 된 상태가 나타나 있다.
본 발명에서는 다수의 지그비 단말(100)과 지그비 코디네이터(200)를 이용하여 체계적인 피크전력 관리가 가능한 장치를 개발하였으며, 제안된 시스템의 성능 평가를 위해 지그비 단말(100)에 부하(10)를 연결하여 사용해 봄으로써 제안된 기법의 유용성을 확인할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변형을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하였다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
10 : 부하 100 : 지그비 단말
120 : 전류센서 130 : 단말통신부
140 : 단말제어부 150 : 릴레이 모듈
200 : 지그비 코디네이터 210 : 지그비 통신부
220 : 코디네이터 제어부 230 : 이더넷 통신부
240 : 적산전력계 300 : 웹서버
400 : 클라이언트

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 부하에 연결되어 상기 부하에서 소비되는 전력을 측정하고 측정된 소비전력을 지그비 무선통신을 이용한 지그비 단말;
    연결된 다수의 지그비 단말로부터 지그비 무선통신을 이용하여 상기 부하에서 측정된 전력 소비량을 수신받고 상기 지그비 단말에 연결된 총 부하의 총 누적 전력 사용량을 검출하며, 상기 지그비 단말이 피크전력을 초과한 경우 상기 지그비 단말에 연결된 상기 부하 중 각각의 부하에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 전력 사용 비율에 따라 우선적으로 오프시킬 부하를 선택하여 오프시키는 지그비 코디네이터;
    클라이언트로부터의 요청에 의해 상기 지그비 코디네이터에 의해 검출한 피크 전력 정보를 상기 클라이언트에게 웹페이지 형태로 제공하는 웹서버;
    상기 우선적으로 오프시킬 부하의 선택은,
    상기 부하의 중요도 및 상기 전력 사용 비율을 곱한 결과값이 가장 낮은 것을 선택하는;
    정하여 상기 지그비 코디네이터로의 전송을 제어하는 단말통신부;
    상기 부하에 연결된 노드의 온/오프 조절을 위해 상기 지그비 코디네이터로부터의 명령에 따라 상기 부하의 노드를 온/오프시키는 릴레이 모듈;
    전류센서, 상기 단말통신부, 상기 릴레이 모듈을 제어하여 상기 지그비 코디네이터에 따른 명령을 수행하는 단말제어부;
    상기 지그비 코디네이터는,
    전체 지그비 단말들에 연결된 부하에서 소비되는 전력을 측정하는 전산전력계;
    상기 다수의 지그비 단말과 통신하여 상기 지그비 단말로부터 전송된 부하가 소비하는 전력에 대한 정보를 전송받는 지그비 통신부; 및
    인터넷을 통해 원격에서 유선 또는 무선으로 지그비 코디네이터가 생성한 웹페이지 또는 웹서버에 접속하거나 접속을 허용할 수 있는 이더넷 통신부;
    상기 지그비 단말이 피크 전력을 초과하는 경우 상기 지그비 단말에 연결된 상기 부하 중 각각의 부하에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 전력 사용 비율을 곱하여 곱한 결과값이 가장 낮은 값에 대응하는 부하에 연결된 노드를 오프시키도록 제어하는 코디네이터 제어부를 포함하는 것인 지그비 통신기반의 피크전력 제어장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 각각의 지그비 단말에 대한 피크전력(peak power)값을 설정하는 단계;
    상기 지그비 단말에 연결된 부하들의 지그비 전력을 체크하는 제1 체크단계;
    현재 소비전력값이 상기 설정된 피크전력값을 초과하는 지의 여부를 판단하는 제1 판단단계;
    상기 제1 판단단계에서의 판단결과 현재 소비전력값이 피크전력값을 초과하는 것으로 판단되면 오프시킬 상기 부하의 노드를 오프시키는 단계;
    상기 지그비 단말을 통해 연결된 상기 부하들의 지그비 전력을 체크하는 제2 체크단계;
    상기 현재 소비전력값이 피크전력값의 90%의 값 미만인지의 여부를 판단하는 제2 판단단계;
    제2 판단단계에서 판단 결과 현재 소비전력값이 피크전력값의 90%의 값 미만인 것으로 판단되면 상기 부하가 연결된 노드를 온시키는 단계
    상기 제1 체크단계 및 상기 제2 체크단계 중 어느 한 단계 이후에,
    상기 피크전력의 5%에 해당하는 전력을 설정하고 현재 소비전력이 이 범위 내에 존재하는 지의 여부를 판단하는 제3 판단단계;
    상기 현재 소비전력이 상기 피크전력의 5% 이내에 있는 경우 상기 지그비 단말에 대한 온 오프 제어를 종료하는 단계;
    상기 현재 소비전력이 피크전력의 5%를 초과하는 경우 상기 대응하는 제1 체크단계 및 상기 제2 체크단계 중 어느 한 단계로 진행하는 단계;
    상기 부하의 노드를 오프시키는 단계는,
    상기 지그비 단말에 연결된 상기 부하 중 각각의 부하에 따라 기입력한 부하의 중요도 및 대응하는 부하의 전력 사용 비율을 곱하여 통합중요도를 계산하는 단계;
    상기 통합중요도의 값이 가장 낮은 부하에 대응하는 노드를 오프시키는 단계; 및
    상기 오프시키는 단계 이후 상기 제1 체크단계로 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지그비 통신기반의 피크전력 제어방법.
  7. 삭제
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