KR101785829B1 - 저전력 광역 통신망을 이용한 ａｍｉ 원격 모니터링 시스템 - Google Patents

저전력 광역 통신망을 이용한 ａｍｉ 원격 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템에 관한 것으로서, AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크 기반으로 구성되어 외부로부터 수신된 제어정보에 따라 동작하며, 수용가 부하별 에너지 정보를 획득하여 고유한 장치식별정보와 함께 전송하는 적어도 하나의 AMI 부하관리장치와, 저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN)을 통해 각 AMI 부하관리장치로부터 전송된 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 제공받아 유/무선 통신망을 통해 전달하며, 상기 유/무선 통신망을 통해 전달된 제어정보를 각 AMI 부하관리장치에 전달하는 AMI 게이트웨이와, 상기 유/무선 통신망을 통해 상기 AMI 게이트웨이로부터 전달받은 각 AMI 부하관리장치의 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 바탕으로 각 AMI 부하관리장치의 수용가 부하별로 에너지 정보를 데이터베이스(DB)화하여 저장 및 관리함과 아울러 이를 실시간으로 모니터링(Monitoring)하며, 각 AMI 부하관리장치를 제어하는 제어정보를 생성하여 상기 AMI 게이트웨이로 전달하는 원격의 AMI 부하관리서버를 포함함으로써, 수용가 부하별 에너지 정보를 실시간 모니터링 및 통합적으로 관리할 수 있다.

Description

저전력 광역 통신망을 이용한 ＡＭＩ 원격 모니터링 시스템{ADVANCED METERING INFRASTRUCTURE REMOTE MONITORING SYSTEM USING LOW POWER WIDE AREA NETWORK}
본 발명은 수용가(예컨대, 가정, 건물, 아파트, 빌딩, 시설물 등)의 부하별 에너지 정보(예컨대, 전력, 가스, 수도, 온수, 열량 등)를 획득하여 이를 실시간 모니터링(Monitoring)함과 아울러 통합적으로 관리할 수 있도록 한 저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN)을 이용한 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 원격 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 계통 시스템에서는 전력 안정화 및 전력 품질 안정화를 위해 제어 시스템이 유휴 전력의 저장을 관리한다. 일 예로, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply, UPS) 장치는 상용 전원에서 발생 가능한 불시의 전원 장애를 극복하여 양질의 안정된 전력을 공급한다.
또한, 에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)는 예비 전력을 미리 저장해 두었다가 정전과 같은 비상 상황 시 저장된 예비 전력으로 안정된 전력을 공급한다. 전력의 안정적 공급이 중요한 금융, 방송, 산업 등 다양한 분야에서 전력 공급의 신뢰성을 보장하고자 무정전 전원공급장치(UPS) 및 에너지 저장장치(ESS)를 도입하고 있다.
최근에는, 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드(Smart Grid) 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있다.
상기 스마트 그리드 시스템은 전력의 생산 또는 소비의 주체에 해당하는 복수의 구성 시설을 구성원으로 하고 있다. 스마트 그리드 상의 상기 구성 시설 중 발전 설비를 가진 분산 발전 시설(예컨대, 태양열, 풍력 등 자가 발전 설비를 갖는 시설 등)은 전력 소비량이 적을 때에는 발전된 전력을 저장하였다가 전력 소비량이 많을 때에는 이와 같이 저장된 전력을 생산 전력과 함께 소비자에게 공급하도록 하는 인프라(Infra) 구조를 가지게 된다.
즉, 상기 스마트 그리드 시스템은 전력 네트워크에 정보 통신 기술을 활용한 차세대 전력 네트워크의 한 형태이다. 상기 스마트 그리드 시스템은 스마트 미터(Smart Meter) 정보를 포함하는 네트워크 측정 시스템과 소비 자가전력사용 정보를 포함하는 기존 전력 그리드(Grid)를 오버레이(overlay)하는 형태로, 공급자와 소비자간 양방향 디지털 통신을 통해 전력을 제어할 수 있도록 하여 에너지 절약과 신뢰성 및 투명성을 증가시켜 준다.
이러한 스마트 그리드 시스템은 미국의 경제주간지 비즈니스 2.0이 지구 온난화로 인한 기상이변 및 환경오염으로부터 인류를 구할 8가지 기술을 소개하는 데에서 나온 말로서 이를 3개의 기술 중에 하나로 스마트 그리드 시스템이 선정되었다.
인류의 산업화는 에너지 소비 증가에 따른 에너지 확보에 어려움을 겪게 하였으며 지구 온난화의 주범인 CO2의 과다한 배출을 가져왔다. 이러한 에너지 확보의 위기와 지구 온난화라는 중대한 문제를 해결할 수 있는 에너지 절약형 전력망이 스마트 그리드 시스템이다.
상기 스마트 그리드 시스템은 에너지 효율 향상에 의해 에너지 낭비를 절감하고 신재생 에너지에 바탕을 둔 분산 발전의 활성화를 통해 에너지 해외 의존도 감소 및 기존의 발전 설비에 들어가는 화석 연료 사용 절감을 통한 온실 가스 감소 효과를 불러올 수 있다.
또한, 상기 스마트 그리드 시스템을 추진하는 각 국에서는 실증 단지 조성에 노력하고 있다. 스마트 그리드 실증 단지 조성을 통해 스마트 그리드 산업의 에너지, 경제, 산업적 성공을 시험하고, 지역 산업 활성화를 기대하고 있다.
한국의 경우, 국가 단위의 스마트 그리드 구현 계획을 세우고 2030년까지 에너지 측면에서 2％ 절감, 환경 측면에서 국가 온실가스 배출량 4,100만 톤(2006년 배출량의 7％) 감축, 무역수지 측면에서 화석연료 수입 감소를 통해 에너지 수입 100억 달러 절감을 기대하고 있다. 또한, 제주지역 실증 단지 조성을 통해 제주 지역 경제 활성화와 청년 실업해소 및 해외 시장 진출을 통한 경제적, 산업적 플러스 효과를 기대하고 있다.
상기 스마트 그리드 시스템은 전력 그리드의 전기 생산, 전송, 배포, 소비 부분을 위한 시스템 사용자, 운영자 및 자동 장치에 그리드 상태에 대한 정보를 양방향 통신으로 센싱, 측정, 제어되는 디바이스에 의해 제공된다. 이러한 스마트 그리드 기술 제공을 위해 송전망, 분산 자동화, 수요응답(Demand Response, DR), 첨단 계량 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI), 전기차 등 기술의 복잡도만큼 기술 범위도 매우 광범위하며 그 중요도 또한 높다 할 것이다.
이에 따라, 스마트 그리드 기술은 다양하게 연구되고 있어, 그 시장 규모 또한 상승세를 계속 유지할 것으로 전망되며, 스마트 그리드 관련 표준화를 위해 세계 각 국과 국제 표준화 단체에서 표준화가 활발히 진행되고 있다.
상기 스마트 그리드 시스템의 구현을 위한 기술로는 크게 분산 전원 분야, 전력망 관리 분야, 사용자 전력 관리 분야로 구분될 수 있다. 그리고, 분산 전원 분야의 기술로는 분산 전원 계통 연결(Distributed Resource) 기술과 전력 저장 기술(Energy Storage Integration) 기술이 있으며, 전력망 관리 분야의 기술로는 실시간 감시(Real-time Monitoring) 기술, 송배전 자동화(Transmission/Distribution Automation) 기술, 수요응답(DR) 기술, 통신 네트워크(Communication Network) 기술이 있으며, 사용자 전력 관리 분야의 기술로는 스마트 미터(Smart Meter), 스마트 빌딩(Smart Building), 스마트 가전제품(Smart Appliance), 수요자 전압 조절(Consumer Voltage Regulation) 기술이 있다.
이와 같은 스마트 그리드 시스템에서 분산 발전 시설은 전력 안정화를 위해 무정전 전원공급장치(UPS) 및 에너지 저장장치(ESS)를 도입하고 있다. 한편, 상기 스마트 미터는 첨단 계량 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI)로서, 전력을 소비하는 홈/아파트/빌딩 등의 전력 소비자단의 전력 소비를 측정하는 전력 미터링(Metering)을 수행하고 이에 관련된 전력 관련 정보를 별도의 운용 센터로 전달한다.
그러나, 기존의 스마트 미터 즉, 첨단 계량 인프라(AMI)는 예컨대, 홈/아파트/빌딩 등에 구비된 특정 장소에 매립 설치되어 있으며, 개별 관리자가 전력 소비자단의 전력 소비를 직접적으로 실시간 확인하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 기존의 스마트 미터가 설치되는 설치 개소에 공급되는 전력은 분전반 등을 통하여 분배되어 복수의 부하에 전력을 공급하게 된다. 예를 들어, 상기 설치 개소가 대형 건물인 경우, 대형 건물에 공급되는 전체 전력은 각 층(즉, 복수의 부하)으로 분배되어 각기 전력이 공급된다.
이러한 경우에, 종래의 스마트 미터는 상기 설치 개소(즉, 상기의 예에서 대형 건물) 전체의 전력량을 산출할 수 있을 뿐이고, 각각의 부하(즉, 상기의 예에서 각 층별)에 흐르는 전류 및 각각의 부하의 사용 전력량을 검출할 수 없어서 각 부하가 소비하는 전력량을 산출할 수 없는 문제점이 있다.
국내등록특허 제10-1133995호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크 기반으로 구성된 적어도 하나의 AMI 부하관리장치를 이용하여 수용가 부하별 에너지 정보를 획득하고 이를 저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN) 및 유/무선 통신망을 통해 AMI 게이트웨이(Gateway) 및 원격의 AMI 부하관리서버로 각각 전송함으로써, 수용가 부하별 에너지 정보를 실시간 모니터링(Monitoring)함과 아울러 이를 통합적으로 관리할 수 있도록 한 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 적어도 하나의 변류기(Current Transducer, CT) 또는 홀 센서(Hall Sensor)를 이용하여 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선에 탈부착가능하게 각각 연결하여 각 전력선에 흐르는 전류 및/또는 전압을 검출하고, 이를 바탕으로 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯한 다양한 전력 품질 데이터들을 산출하여 원격의 AMI 부하관리서버에 전송함으로써, 개별 관리자가 장소에 구애받지 않고 이동하여 한 번에 여러 개의 부하에 대한 전력 소비를 측정하고 이를 효율적으로 실시간 모니터링(Monitoring) 및 통합 관리할 수 있도록 한 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크 기반으로 구성되어 외부로부터 수신된 제어정보에 따라 동작하며, 수용가 부하별 에너지 정보를 획득하여 고유한 장치식별정보와 함께 전송하는 적어도 하나의 AMI 부하관리장치; 저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN)을 통해 각 AMI 부하관리장치로부터 전송된 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 제공받아 유/무선 통신망을 통해 전달하며, 상기 유/무선 통신망을 통해 전달된 제어정보를 각 AMI 부하관리장치에 전달하는 AMI 게이트웨이; 및 상기 유/무선 통신망을 통해 상기 AMI 게이트웨이로부터 전달받은 각 AMI 부하관리장치의 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 바탕으로 각 AMI 부하관리장치의 수용가 부하별로 에너지 정보를 데이터베이스(DB)화하여 저장 및 관리함과 아울러 이를 실시간으로 모니터링(Monitoring)하며, 각 AMI 부하관리장치를 제어하는 제어정보를 생성하여 상기 AMI 게이트웨이로 전달하는 원격의 AMI 부하관리서버를 포함하는 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 AMI 부하관리장치는, 스마트 가스 계측모듈, 스마트 수도 계측모듈, 스마트 온수 계측모듈, 스마트 열량 계측모듈, 스마트 단채널 또는 다채널 전력량 계측모듈 중 적어도 하나를 포함함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 스마트 다채널 전력량 계측모듈은, 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선에 각각 탈부착가능하게 연결되어 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하여 디지털 신호로 변환함과 아울러 이를 신호 처리하여 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 산출하고, 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 스마트 다채널 전력량 계측모듈은, 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선에 각각 탈부착가능하게 연결되며, 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 다채널 전류 및 전압 검출부; 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 디스플레이하는 표시부; 상기 다채널 전류 및 전압 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하고, 이를 신호 처리하여 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 산출하며, 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터가 상기 표시부에 디스플레이되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 별도의 AMI 게이트웨이를 통해 원격의 AMI 부하관리서버로 전송되도록 후술하는 통신부의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 상기 AMI 게이트웨이를 통해 상기 AMI 부하관리서버로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 다채널 전류 및 전압 검출부는, 각 전력선 주위에 탈부착가능하게 각각 연결되고, 전자유도 현상 또는 전류자기 효과에 의해 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 다수의 전류 및 전압 센싱부; 및 각 전류 및 전압 센싱부의 출력 단자와 탈부착가능하게 각각 연결되며, 각 전류 및 전압 센싱부의 출력 단자로부터 출력된 아날로그 전류 및 전압 신호가 상기 제어부의 입력측에 전달되도록 구비된 다수의 연결커넥터를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 다수의 전류 및 전압 센싱부는, 클램프 형태를 갖는 적어도 하나의 변류기(Current Transducer, CT) 또는 각 전력선에 흐르는 전류에 의해 생성된 자속에 비례하여 아날로그 전압 신호가 출력되고, 상기 출력된 아날로그 전압 신호를 다시 아날로그 전류 신호로 환산하여 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 적어도 하나의 홀 센서(Hall Sensor)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 다수의 연결커넥터는, 각 전류 및 전압 센싱부를 통해 검출된 각 단상 전력선의 전류 및 전압을 상기 제어부의 입력측에 전달하기 위한 다수의 단상 연결커넥터를 포함하여 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 다수의 단상 연결커넥터를 통해 각 전류 및 전압 센싱부로부터 검출된 3상 4선로 전력선의 전류 및 전압 신호를 전달받아 각 상별 전압 변동을 모니터링(Monitoring)하도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 상기 다채널 전류 및 전압 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 이용하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 산출하고, 상기 검출된 전류와 전압 및 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나가 별도의 저장부에 저장되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 검출된 전류와 전압 및 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 별도의 통신부를 통해 주기적 또는 실시간으로 별도의 AMI 게이트웨이를 통해 원격의 AMI 부하관리서버에 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부를 통해 상기 다채널 전류 및 전압 검출부로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 근거리 무선통신(NFC), 유선통신 및 전력선 통신(Power Line Communication, PLC) 중 어느 하나의 통신을 이용하여 주기적 또는 실시간으로 제공받아 이를 디스플레이 화면에 표시하여 모니터링(Monitoring)할 수 있는 근거리 모니터링 장치가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 각 AMI 부하관리장치 또는 상기 AMI 부하관리서버는, 수용가에 인입되어 다수로 분배된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 기 설정된 관리자 단말로 주기적 또는 실시간 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 AMI 부하관리서버는, 외부의 클라이언트 단말의 요청에 응답해서 클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하며, 상기 클라이언트 단말은, 상기 AMI 부하관리서버의 클라이언트 회원 로그인 클라우드 웹서비스를 이용하여, 상기 AMI 부하관리서버에 저장된 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 실시간으로 검색 및 디스플레이 화면에 표시할 수 있다.
바람직하게, 상기 AMI 부하관리서버는, 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량을 데이터베이스(DB)화하여 저장할 경우, 대칭 또는 비대칭 암호화 방식을 이용하여 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 암호화하여 저장함과 아울러 상기 암호화된 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 복호화할 수 있는 복호화 키가 해당 AMI 부하관리장치를 관리하는 기 설정된 클라이언트 단말로 전송되도록 서비스를 제공하며, 상기 클라이언트 단말은, 해당 클라이언트 회원 로그인 정보와 함께 상기 AMI 부하관리서버로부터 전송된 복호화 키를 이용하여 상기 AMI 부하관리서버에 암호화되어 저장된 해당 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 복호화하고 이를 실시간으로 검색 및 디스플레이 화면에 표시할 수 있다.
바람직하게, 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나는, 대칭 또는 비대칭 암호화 방식을 이용하여 암호화 및 복호화할 수 있다.
바람직하게, 상기 AMI 부하관리서버는, 상기 클라이언트 단말을 통해 해당 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 다운로드받을 수 있도록 클라우드 웹서비스를 제공할 수 있다.
바람직하게, 상기 클라이언트 단말은, 상기 AMI 부하관리서버에서 다운로드된 전력관리관련 클라우드 어플리케이션을 통해 상기 AMI 부하관리서버에 저장된 해당 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 실시간 검색 및 디스플레이 화면에 표시할 수 있다.
바람직하게, 각 AMI 부하관리장치의 고유한 장치식별정보는, 장치의 이름, 장치의 비밀번호, 장치의 일련번호, 장치의 종류, 장치의 제조회사, 장치의 MAC(Media Access Control) 주소, 장치의 고유 IP(Internet Protocol) 주소, 장치의 모델 및 장치의 버전, 장치의 비밀키 또는 PKI 기반의 개인키에 의해 생성된 장치의 인증 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템에 따르면, AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크 기반으로 구성된 적어도 하나의 AMI 부하관리장치를 이용하여 수용가 부하별 에너지 정보를 획득하고 이를 저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN) 및 유/무선 통신망을 통해 AMI 게이트웨이(Gateway) 및 원격의 AMI 부하관리서버로 각각 전송함으로써, 수용가 부하별 에너지 정보를 실시간 모니터링(Monitoring)함과 아울러 이를 통합적으로 관리할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 변류기(Current Transducer, CT) 또는 홀 센서(Hall Sensor)를 이용하여 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선에 탈부착가능하게 각각 연결하여 각 전력선에 흐르는 전류 및/또는 전압을 검출하고, 이를 바탕으로 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯한 다양한 전력 품질 데이터들을 산출하여 원격의 AMI 부하관리서버에 전송함으로써, 개별 관리자가 장소에 구애받지 않고 이동하여 한 번에 여러 개의 부하에 대한 전력 소비를 측정하고 이를 효율적으로 실시간 모니터링(Monitoring) 및 통합 관리할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저전력 광역 통신망(LPWAN)을 이용함으로써, 저전력으로 저용량의 데이터 처리가 가능하고, 암호화/복호화 통신을 통한 보안성 및 안전성을 최대한 확보할 수 있으며, 저비용으로 넓은 지역에 다양한 서비스를 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing) 환경, 빅데이터(Big data) 처리 및 클라우드 서비스(Cloud service)를 수행함으로써, 저장공간을 최대한 확장할 수 있을 뿐만 아니라 시/공간 한계를 극복할 수 있으며, 이에 따라 자동화된 지능형 서비스를 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 향후 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 기기들이 접목될 수 있는 표준 환경을 제공할 수 있고, 저가격/저전력 무선망으로 국가의 표준 IoT 무선망을 활용할 수 있으며, 유연한 요금제 및 다양한 사업 모델 출현이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 스마트 다채널 전력량 계측모듈을 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 홀 센서에 의한 전력선의 전압 및 전류 측정 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 스마트 다채널 전력량 계측모듈을 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 홀 센서에 의한 전력선의 전압 및 전류 측정 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN)을 이용한 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 원격 모니터링 시스템은, 크게 적어도 하나의 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N), AMI 게이트웨이(200) 및 원격의 AMI 부하관리서버(300) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)는 저전력 광역 통신망(LPWAN)(10)을 통해 AMI 게이트웨이(200)와 연결되어 있다. 이때, 저전력 광역 통신망(LPWAN)(10)은 저전력 장거리 통신 기술로서, 적은 전력을 사용하여 넓은 대역폭으로 데이터를 분산해서 동시에 송신이 가능한 직접 확산 스펙트럼 CDMA(Code Division Multiple Access) 기술을 활용할 수 있다.
이러한 저전력 광역 통신망(LPWAN)(10)은 저전력으로 저용량의 데이터 처리가 가능하고, 암호화/복호화 통신을 통한 보안성 및 안전성을 최대한 확보할 수 있으며, 저비용으로 넓은 지역에 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)와 AMI 게이트웨이(200) 사이에 저전력 광역 통신망(LPWAN)(10)을 통해 데이터 통신되도록 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 전력선 통신(Power Line Communication, PLC), 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), 무선식별(Radio Frequency IDentification, RFID) 통신, 블루투스(Bluetooth) 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 와이파이(Wi-Fi) 통신, 와이기그(WiGig) 통신, 와이브로(Wireless Broadband Internet, WiBro) 통신, 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access, WiMAX) 통신, HSPA(High Speed Packet Access) 통신, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, 근거리 통신망(Local Area Network, LAN), 유/무선 통신망 등 다양한 통신 방식 중 어느 하나의 통신 방식을 사용할 수도 있다.
특히, 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)는 AMI 네트워크 기반으로 구성되어 외부로부터 수신된 제어정보에 따라 동작하며, 수용가(예컨대, 가정, 건물, 아파트, 빌딩, 시설물 등)의 부하별 에너지 정보(예컨대, 전력, 가스, 수도, 온수, 열량 등)를 획득하여 고유한 장치식별정보와 함께 전송하는 기능을 수행한다.
이러한 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)는 예컨대, 스마트 가스 계측모듈(110), 스마트 수도 계측모듈(120), 스마트 온수 계측모듈(130), 스마트 열량 계측모듈(140), 스마트 단채널 전력량 계측모듈(150) 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160) 중 적어도 하나를 포함함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 수용가의 부하별 다양한 에너지를 계측할 수 있는 것이라면, 어느 것이든 상관없다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 수용가의 부하별 전력 계측에 대하여 주로 설명하기로 한다.
이때, 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)은 휴대용 또는 고정용으로 사용할 수 있으며, 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선(P1 내지 PN)에 각각 탈부착가능하게 직/간접적으로 연결되어 각 전력선(P1 내지 PN)에 흐르는 전류 및 전압을 검출하여 디지털 신호로 변환함과 아울러 이를 신호 처리하여 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 산출하는 기능을 수행한다.
또한, 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)은 상기 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 AMI 게이트웨이(200)로 전송하는 기능을 수행한다.
이때, 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160) 즉, 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)의 고유한 장치식별정보는 예컨대, 장치의 이름, 장치의 비밀번호, 장치의 일련번호, 장치의 종류, 장치의 제조회사, 장치의 MAC(Media Access Control) 주소, 장치의 고유 IP(Internet Protocol) 주소, 장치의 모델 및 장치의 버전, 장치의 비밀키 또는 PKI 기반의 개인키에 의해 생성된 장치의 인증 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함함이 바람직하다.
이러한 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)은, 크게 다채널 전류 및 전압 검출부(161), 표시부(162), 제어부(163), 통신부(164) 및 전원공급부(165) 등을 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 적용된 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)은 저장부(166)를 더 포함할 수 있다. 한편, 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)은 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
이하에는 도 2를 참조하여 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 구성요소들에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
즉, 다채널 전류 및 전압 검출부(161)는 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선(P1 내지 PN)에 각각 탈부착가능하게 직/간접적으로 연결되어 있으며, 각 전력선(P1 내지 PN)에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 기능을 수행한다.
이러한 다채널 전류 및 전압 검출부(161)는 각 전력선(P1 내지 PN) 주위에 탈부착가능하게 각각 연결되고, 전자유도 현상 또는 전류자기 효과에 의해 각 전력선(P1 내지 PN)에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 다수의 전류 및 전압 센싱부(161a-1 내지 161a-N)와, 각 전류 및 전압 센싱부(161a-1 내지 161a-N)의 출력 단자(O1 내지 ON)와 탈부착가능하게 각각 연결되며, 각 전류 및 전압 센싱부(161a-1 내지 161a-N)의 출력 단자(O1 내지 ON)로부터 출력된 아날로그 전류 및 전압 신호가 제어부(163)의 입력측에 전달되도록 구비된 다수의 연결커넥터(161b-1 내지 161b-N)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 다수의 전류 및 전압 센싱부(161a-1 내지 161a-N)는 예컨대, 클램프 형태를 갖는 적어도 하나의 변류기(Current Transducer, CT) 또는 각 전력선(P1 내지 PN)에 흐르는 전류에 의해 생성된 자속에 비례하여 아날로그 전압 신호가 출력되고, 상기 출력된 아날로그 전압 신호를 다시 아날로그 전류 신호로 환산하여 각 전력선(P1 내지 PN)에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 적어도 하나의 홀 센서(Hall Sensor) 등을 포함함이 바람직하다.
한편, 도 3을 참조하여 상기 홀 센서의 원리와 장점을 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 홀 센서는 전류자계의 강도를 전압으로 변환하는 응답성이 좋은 전압 및 전류 센서이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 홀 센서의 구조는 자심(1)을 배치하고, 그 갭(Gap) 사이에 홀 소자(2)를 설치하여 형성한다.
먼저, 상기 홀 센서의 기본 원리인 홀 효과(Hall Effect)에 대하여 설명하면, 상기 홀 효과(Hall Effect)는 1879년 미국의 물리학자인 E.H.홀에 의해 발견되었다. 금속이나 반도체(半導體) 등의 고체를 자기장 속에 놓고, 자기장의 방향에 직각으로 고체 속에 전류를 흘리면, 두 방향 각각에 직각방향으로 고체 속에 전기장이 나타나는 현상이다. 이것을 홀 기전력(起電力)이라 하는데 전하(電荷)를 띤 입자(예를 들면, 전자)가 자기장 속을 운동하면, 로렌츠(Lorenz)의 힘을 받아 운동방향이 굽어진다.
따라서, 고체 속의 전류의 흐름이 한쪽으로 치우쳐 전하의 분포가 비평형이 되기 때문에 전기장이 나타나게 된다. 그리고, 전류가 같은 방향이라도 전하의 음??양(전자는 음)에 따라 발생하는 전기장의 방향이 달라지게 되고, 또한 입자의 농도에 따라서도 전기장의 세기가 달라지는 성질이 있다. 이러한 효과를 이용해서 고체 속에서 전류를 운반하는 전자(특히, '자유전자'라고도 한다)의 농도나 움직이기 쉬운 정도를 측정하고, 특히 반도체에서는 자유전자와 함께 자유양공(自由陽孔)에 대한 식별 및 측정도 할 수 있다.
이러한 홀 효과에 의하여 높은 감도로 도선 즉, 전력선(P1 내지 PN)상에 흐르는 전류(I)에 비례하는 유도 기전력(홀 기전력)(Vh)을 측정하고, 이 기전력으로부터 전압 및 전류를 측정할 수 있게 된다.
이하 측정원리에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다. 전력선(P1 내지 PN)에 전류(예컨대, 직류, 교류, 직류+교류 등)(I)가 흐르면 갭(Gap)에는 전류(I)에 비례하는 자속(B)이 생성되어 홀 소자(2)면에 직각으로 관통한다. 이 상태에서 자속(B)에 대해 직각방향에 제어전류(IC)를 흘리면, 단자 a-b 간에는 모선 전류(I)에 비례하는 전압(Vh)이 발생하게 된다.
이러한 홀 센서는 홀 전압(Vh)이 수십 mV의 미소 전압이지만, 그 출력을 증폭하기 위하여 증폭기를 내장하여 사용할 수도 있다. 상기 홀 전압은 다음과 같은 식 1에 의해 출력하게 된다.
(식 1)
Vh = K*Ic*B(Vh: 홀전압, K: 적감도정수, IC: 제어전류, B: 자속밀도)
이처럼 상기 홀 센서는 첫째, 직류, 교류, 직류+교류의 측정이 가능하고, 둘째, 피측정 반도체와 비접촉되어 완전하게 절연된다. 셋째로, 전력손실이 없고, 응답특성이 빠르며, 직진성이 우수할 뿐만 아니라, 구조가 간단하여 신뢰성이 좋다는 장점이 있다.
예컨대, 상기 다수의 전류 및 전압 센싱부(161a-1 내지 161a-N)가 상기 홀 센서를 포함할 경우, 자심(1)을 통해 각 전력선(P1 내지 PN)에 유기되는 자장에 의한 홀 전압을 발생하는 홀 소자(2)와, 홀 소자(2)의 출력신호를 소정 레벨로 차동 증폭하는 차동 증폭기(미도시)와, 상기 차동 증폭기의 출력신호를 필터링(Filtering)하여 소정 대역의 신호만을 출력하는 대역통과필터(Band Pass Filter, BPF)(미도시) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 다수의 연결커넥터(161b-1 내지 161b-N)는 각 전류 및 전압 센싱부(161a-1 내지 161a-N)를 통해 검출된 각 단상 전력선의 전류 및/또는 전압을 제어부(163)의 입력측에 전달하기 위한 다수의 단상 연결커넥터(161b'-1 내지 161b'-N)를 포함하여 이루어질 수 있다.
표시부(162)는 제어부(163)의 제어에 따라 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 디스플레이(Display)하는 기능을 수행한다.
이러한 표시부(162)는 예컨대, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 발광다이오드 디스플레이(Light Emitting Diode, LED), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel, PDP), 표면 얼터네이트 라이팅(ALiS), 디지털 광원 처리(DLP), 실리콘 액정(LCoS), 표면 전도형 전자방출소자 디스플레이(SED), 전계방출 디스플레이(FED), 레이저 TV(양자 점 레이저, 액정 레이저), 광유전성 액체 디스플레이(FLD), 간섭계 변조기 디스플레이(iMoD), 두꺼운 필름 유전체 전기(TDEL), 양자점 디스플레이(QD-LED), 텔레스코픽 픽셀 디스플레이(TPD), 유기발광 트랜지스터(OLET), 레이저 형광 디스플레이(LPD), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 디스플레이(Display)할 수 있는 것이라면, 어떠한 것이라도 포함할 수 있다.
그리고, 제어부(163)는 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 아날로그 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하고, 이를 신호 처리하여 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 산출하며, 상기 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터가 표시부(162)에 디스플레이(Display)되도록 제어하는 기능을 수행한다. 이때, 제어부(163)에서의 신호 처리는 상기 변환된 디지털 신호를 소정 레벨로 증폭 및 필터링(Filtering)하는 기능 등을 포함할 수 있다.
또한, 제어부(163)는 상기 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 AMI 게이트웨이(200)를 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)로 전송되도록 통신부(164)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
또한, 제어부(163)는 다수의 단상 연결커넥터(161b'-1 내지 161b'-N) 중 3개의 단상 연결커넥터(161b'-1 내지 161b'-3)를 통해 각 전류 및 전압 센싱부(161a-1 내지 161a-N)로부터 검출된 3상 4선로 전력선의 전류 및 전압 신호를 전달받아 각 상별 전압 변동을 모니터링(Monitoring)하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(163)는 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 이용하여 다양한 전력 품질 데이터들(예컨대, 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률 등) 중 적어도 하나를 산출하고, 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나가 별도의 저장모듈(166)에 저장되도록 제어할 수 있다.
이때, 저장모듈(166)에는 제어부(163)를 통해 실행되는 적어도 하나의 프로그램 코드와, 상기 프로그램 코드가 이용하는 적어도 하나의 데이터 셋트를 저장하여 유지할 수 있다.
이러한 저장부(166)는 예컨대, 플래시 메모리 타입(Flash Memory type), 하드디스크 타입(Hard Disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
통신부(164)는 제어부(163)의 제어에 따라 동작되며, 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 AMI 게이트웨이(200)를 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)로 전송하는 기능을 수행한다.
또한, 통신부(164)는 제어부(163)의 제어에 따라 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 주기적 또는 실시간으로 AMI 게이트웨이(200)를 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 전송하는 기능을 수행한다.
전원공급부(165)는 각 부 즉, 다채널 전류 및 전압 검출부(161), 표시부(162), 제어부(163), 통신부(164) 및 저장부(166) 등에 필요한 전원을 공급하는 기능을 수행하는 바, 통상의 휴대용 배터리로(Battery) 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 계속적인 전원 공급을 위해 상용 교류(AC) 전원(예컨대, AC 220V)을 직류(DC) 전원으로 변환되도록 구현할 수도 있다.
한편, 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 통신부(164)를 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)로 데이터 전송 시 AMI 게이트웨이(200)를 경유하여 전송됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, AMI 게이트웨이(200)를 경유하지 않고 직접 원격의 AMI 부하관리서버(300)로 데이터를 전송할 수도 있다.
추가적으로, AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N) 즉, 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 통신부(164) 또는 원격의 AMI 부하관리서버(300)는, 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 제어부(163)의 제어에 따라 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 기 설정된 관리자 단말(400)로 주기적 또는 실시간 전송할 수도 있다.
이때, 관리자 단말(400)은 예컨대, 데스크탑 PC(Personal Computer), 노트북 PC 등 컴퓨터인 것이 일반적이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 모든 종류의 유무선 통신 장치일 수 있다.
예를 들어, 관리자 단말(400)은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 다양한 이동 단말을 포함하고, 이외에도 팜(Palm) PC, 스마트폰(Smart phone), 스마트 패드(Smart Pad), 스마트 노트(Smart Note), 모바일 게임기(Mobile play-station), 통신 기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 통신부(164) 또는 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
특히, 관리자 단말(400)이 통상의 스마트폰으로 구현될 경우, 상기 스마트폰은 일반 핸드폰(일명 피처폰(feature phone))과는 달리 사용자가 원하는 다양한 어플리케이션(Application) 프로그램을 다운로드받아 자유롭게 사용하고 삭제가 가능한 오픈 운영체계를 기반으로 한 폰(Phone)으로서, 일반적으로 사용되는 음성/영상통화, 인터넷 데이터통신 등의 기능뿐만 아니라, 모바일 오피스 기능을 갖춘 모든 모바일 폰 또는 음성통화 기능이 없으나 인터넷 접속 가능한 모든 인터넷폰 또는 테블릿(Tablet) PC를 포함하는 통신기기로 이해함이 바람직하다.
이러한 상기 스마트폰은 다양한 개방형 운영체계를 탑재한 스마트폰으로 구현될 수 있으며, 상기 개방형 운영체계로는 예컨대, 노키아(NOKIA)사의 심비안, 림스(RIMS)사의 블랙베리, 애플(Apple)사의 아이폰, 마이크로소프트사(MS)의 윈도즈 모바일, 구글(Google)사의 안드로이드, 삼성전자의 바다 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 상기 스마트폰은 개방형 운영체계를 사용하므로 폐쇄적인 운영체계를 가진 휴대폰과 달리 사용자가 임의로 다양한 어플리케이션 프로그램을 설치하고 관리할 수 있다.
즉, 상기 스마트폰은 기본적으로 제어부, 메모리부, 화면출력부, 키입력부, 사운드 출력부, 사운드 입력부, 카메라부, 무선망 통신모듈, 근거리 무선 통신모듈 및 전원 공급을 위한 배터리 등을 구비한다.
상기 제어부는 스마트폰의 동작을 제어하는 기능 구성의 총칭으로서, 적어도 하나의 프로세서와 실행 메모리를 포함하며, 스마트폰에 구비된 각 기능 구성부와 버스(BUS)를 통해 연결된다.
이러한 상기 제어부는 상기 프로세서를 통해 스마트폰에 구비되는 적어도 하나의 프로그램 코드를 상기 실행 메모리에 로딩하여 연산하고, 그 결과를 상기 버스를 통해 적어도 하나의 기능 구성부로 전달하여 스마트폰의 동작을 제어한다.
상기 메모리부는 스마트폰에 구비되는 비휘발성 메모리의 총칭으로서, 상기 제어부를 통해 실행되는 적어도 하나의 프로그램 코드와, 상기 프로그램 코드가 이용되는 적어도 하나의 데이터 셋트를 저장하여 유지한다. 상기 메모리부는 기본적으로 스마트폰의 운영체제에 대응하는 시스템 프로그램 코드와 시스템 데이터 셋트, 스마트폰의 무선 통신 연결을 처리하는 통신 프로그램 코드와 통신 데이터 셋트 및 적어도 하나의 응용프로그램 코드와 응용 데이터 셋트를 저장하며, 본 발명을 구현하기 위한 프로그램 코드와 데이터 셋트 역시 상기 메모리부에 저장된다.
상기 화면 출력부는 화면출력 장치(예컨대, LCD, LED 장치)와 이를 구동하는 출력 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 화면 출력에 대응하는 연산 결과를 상기 화면출력 장치로 출력한다.
상기 키입력부는 적어도 하나의 키 버튼을 구비한 키 입력장치(또는 상기 화면 출력부와 연동하는 터치스크린 장치)와 이를 구동하는 입력 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산을 명령하는 명령을 입력하거나, 또는 상기 제어부의 연산에 필요한 데이터를 입력한다.
상기 사운드 출력부는 사운드 신호를 출력하는 스피커와 상기 스피커를 구동하는 사운드 모듈로 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 사운드 출력에 대응하는 연산 결과를 상기 스피커를 통해 출력한다. 상기 사운드 모듈은 상기 스피커를 통해 출력할 사운드 데이터를 디코딩(Decoding)하여 사운드 신호로 변환한다.
상기 사운드 입력부는 사운드 신호를 입력받는 마이크로폰과 상기 마이크로폰을 구동하는 사운드 모듈로 구성되며, 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 사운드 데이터를 상기 제어부로 전달한다. 상기 사운드 모듈은 상기 마이크로폰을 통해 입력되는 사운드 신호를 엔코딩(Encoding)하여 부호화한다.
상기 카메라부는 광학부와 CCD(Charge Coupled Device)와 이를 구동하는 카메라 모듈로 구성되며, 상기 광학부를 통해 상기 CCD에 입력된 비트맵 데이터를 획득한다. 상기 비트맵 데이터는 정지 영상의 이미지 데이터와 동영상 데이터를 모두 포함할 수 있다.
상기 무선망 통신모듈은 무선 통신을 연결하는 통신 구성의 총칭으로서, 특정 주파수 대역의 무선 주파수 신호를 송수신하는 안테나, RF모듈, 기저대역모듈, 신호처리모듈을 적어도 하나 포함하여 구성되며, 상기 제어부와 버스로 연결되어 상기 제어부의 각종 연산 결과 중 무선 통신에 대응하는 연산 결과를 무선 통신을 통해 전송하거나, 또는 무선 통신을 통해 데이터를 수신하여 상기 제어부로 전달함과 동시에, 상기 무선 통신의 접속, 등록, 통신, 핸드오프의 절차를 유지한다.
또한, 상기 무선망 통신모듈은 CDMA/WCDMA 규격에 따라 이동 통신망에 접속, 위치등록, 호처리, 통화연결, 데이터통신, 핸드오프를 적어도 하나 수행하는 이동 통신 구성을 포함한다. 한편, 당업자의 의도에 따라 상기 무선망 통신모듈은 IEEE 802.16 규격에 따라 휴대 인터넷에 접속, 위치등록, 데이터통신, 핸드오프를 적어도 하나 수행하는 휴대 인터넷 통신 구성을 더 포함할 수 있으며, 상기 무선망 통신모듈이 제공하는 무선 통신 구성에 의해 본 발명이 한정되지 아니함을 명백히 밝혀두는 바이다.
상기 근거리 무선 통신모듈은 일정거리 이내에서 무선 주파수 신호를 통신매체로 이용하여 통신세션을 연결하는 근거리 무선 통신모듈로 구성되며, 바람직하게는 ISO 180000 시리즈 규격의 RFID 통신, 블루투스 통신, 와이파이 통신, 공중 무선 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 근거리 무선 통신모듈은 상기 무선망 통신모듈과 통합될 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 스마트폰은 무선 통신이 가능한 단말기를 의미하며, 스마트폰 이외에도 인터넷을 포함한 네트워크를 통하여 데이터의 송수신이 가능한 단말기라면 어떠한 장치라도 적용이 가능할 것이다. 즉, 상기 스마트폰은 단문 메시지 전송 기능과 네트워크 접속 기능을 가지는 노트북 PC, 태블릿 PC, 그 외에도 휴대 및 이동이 가능한 휴대 단말을 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 적용된 관리자 단말(400)이 스마트폰으로 구현될 경우, 예컨대, 앱 스토어(App Store) 또는 원격의 AMI 부하관리서버(300)를 통해 전력관리관련 어플리케이션 프로그램을 다운로드받아 전력관리관련 어플리케이션 서비스를 수행할 수 있다.
이와 같이 상기 스마트폰에 설치된 전력관리관련 어플리케이션 프로그램을 통해 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 제어부(163)로부터 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 디스플레이 화면에 표시되도록 할 수 있다.
다른 한편, 도면에 도시되진 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 적용된 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 제어부(163) 및 통신부(164)를 통해 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 근거리 무선통신(NFC), 유선통신 및 전력선 통신(PLC) 중 어느 하나를 이용하여 주기적 또는 실시간으로 제공받아 이를 디스플레이 화면에 표시하여 모니터링(Monitoring)할 수 있는 근거리 모니터링 장치(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
그리고, AMI 게이트웨이(200)는 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)와 원격의 AMI 부하관리서버(300) 사이에 연결되어 데이터의 중계 역할을 수행하는 것으로서, AMI 게이트웨이(200)는 저전력 광역 통신망(LPWAN)(10)을 통해 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)와 연결되어 있으며, 유/무선 통신망(20)을 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)와 연결되어 있다.
이러한 AMI 게이트웨이(200)는 저전력 광역 통신망(LPWAN)(10)을 통해 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)로부터 전송된 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 제공받아 유/무선 통신망(20)을 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 전달하며, 유/무선 통신망(20)을 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)로부터 전달된 제어정보를 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)에 전달하는 기능을 수행한다.
한편, 유/무선 통신망(20)은 이더넷(Ethernet) 또는 이동 통신망 등으로 이루어짐이 바람직하며, 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망일 수 있으며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 와이파이(WiFi), 와이브로(Wibro), 와이맥스(Wimax) 등을 포함하는 차세대 무선망일 수 있다.
상기 인터넷은 TCP/IP 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미하며, AMI 게이트웨이(200)가 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 접속될 수 있게 하는 환경을 제공한다. 한편, 상기 인터넷은 유선 또는 무선 인터넷일 수도 있고, 이외에도 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어망 일 수도 있다.
만약, 유/무선 통신망(20)이 이동 통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 상기 비동기식 이동 통신망의 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 상기 이동 통신망은 예컨대, RNC(Radio Network Controller) 등을 포함할 수 있다. 한편, 상기 WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망, 5G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP 망일 수 있다. 이러한 유/무선 통신망(20)은 AMI 게이트웨이(200)와 원격의 AMI 부하관리서버(300) 상호 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 수행한다.
그리고, 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 유/무선 통신망(20)을 통해 AMI 게이트웨이(200)와 연결되어 있으며, 유/무선 통신망(20)을 통해 AMI 게이트웨이(200)로부터 전달받은 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)의 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 바탕으로 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)의 수용가 부하별로 에너지 정보를 데이터베이스(DB)화하여 저장 및 관리함과 아울러 이를 관리자가 용이하게 확인할 수 있도록 디스플레이 화면을 통해 실시간으로 모니터링(Monitoring)하는 기능을 수행한다.
또한, 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)를 제어하는 제어정보를 생성하여 유/무선 통신망(20)을 통해 AMI 게이트웨이(200)로 전달하는 기능을 수행한다.
또한, 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 각 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N)의 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)로부터 전송된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 제공받아 이를 바탕으로 각 AMI 부하관리장치별 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈별로 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 데이터베이스(DB)화하여 저장 및 관리할 수 있다.
또한, 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 제어부(163)의 제어에 따라 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 제공받아 이를 바탕으로 각 AMI 부하관리장치별 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈별로 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 전력 품질 데이터들을 데이터베이스(DB)화하여 저장 및 관리함과 아울러 이를 관리자가 용이하게 확인할 수 있도록 디스플레이 화면을 통해 실시간으로 모니터링(Monitoring)할 수 있다.
또한, 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 각 AMI 부하관리장치 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈별로 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량을 데이터베이스(DB)화하여 저장할 경우, 대칭 또는 비대칭 암호화 방식을 이용하여 각 AMI 부하관리장치별 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈별로 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 암호화하여 저장함과 아울러 상기 암호화된 각 AMI 부하관리장치별 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈별로 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 복호화할 수 있는 복호화 키가 해당 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N) 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)을 관리하는 기 설정된 클라이언트 단말(미도시) 또는 관리자 단말(400)로 전송되도록 서비스를 제공할 수 있다.
또한, 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)을 통해 해당 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N) 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 다운로드(Download)받을 수 있도록 클라우드 웹서비스(Cloud Web Service)를 제공할 수도 있다.
이러한 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 네트워크상에서 관리자가 소지한 복수의 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)과 연결되어 복수의 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)에게 시스템 자원(이는 OS, CPU, 메모리, 저장장치 등을 포함하는 개념이다)을 제공하는 물리적 장비로, 클라우드 서비스 환경에서는 복수의 서버가 네트워크상에서 복수의 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)과 연결되며, 이때 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 다수의 서버들을 포함하는 개념으로 도시된 것이며, 예컨대, 가상화 기술을 통해 생성된 가상 공간상의 게스트 머신을 통해 복수의 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)이 시스템 자원을 사용할 수 있도록 분배하게 된다. 이러한 사항들은 공지의 일반적인 개념들로 이해될 수 있다.
이때, 상기 클라우드(Cloud) 서비스 환경이란, 인터넷 기반(클라우드)의 컴퓨팅(Computing) 기술을 의미한다. 이러한 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)은 컴퓨터 네트워크 구성도에서 인터넷을 구름으로 표현하는 것으로, 숨겨진 복잡한 인프라(Infra) 구조를 가지며 IT 관련된 기능들이 서비스 형태로 제공되는 컴퓨팅 스타일을 갖는다. 사용자들은 인터넷을 이용하여 클라우드 컴퓨팅으로부터 제공되는 서비스를 이용할 수 있다.
또한, 상기 클라우드 컴퓨팅이란 가상화 컴퓨팅, 유틸리티 컴퓨팅, 주문형 서비스(on-demand) 컴퓨팅 등과 같이 다양한 컴퓨팅 개념과 통신 기술이 혼합되어 적용된 것으로, 통상적으로 다수의 컴퓨터들로 구성되는 복수의 데이터센터를 가상화 기술로 통합하여 하나의 가상 컴퓨터 또는 서비스를 구현하고, 사용자가 이에 접속하여 각종 소프트웨어, 보안 솔루션 및 컴퓨팅 능력 등을 주문형 서비스(on-demand) 방식으로 제공하는 기술을 의미한다.
즉, 상기 클라우드 컴퓨팅이란 '인터넷을 통한 IT자원의 온디맨드 아웃소싱 서비스'로서, 개인용 컴퓨터나 기업의 서버에 개별적으로 저장하던 프로그램이나 문서를 인터넷 기반의 가상 서버(Server) 또는 스토리지(Storage)에 저장하고, 개인용 컴퓨터를 비롯한 다양한 단말을 이용하여 웹브라우저 등의 클라우드 어플리케이션(Application)을 구동함으로써, 사용자가 원하는 작업을 수행할 수 있도록 하는 방식이다.
이때, 사용자들은 클라우드 어플리케이션, 스토리지, OS 및 보안 등의 컴퓨팅 자원을 원하는 시점에 원하는 만큼만 골라서 사용할 수 있고, 사용량에 기반하여 대가를 지불하면 된다.
상기와 같은 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)의 요청에 응답해서 클라우드 컴퓨팅 서비스(Cloud Computing Service)를 제공하는 기능을 수행할 수 있다.
즉, 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)에 클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하는 서버로서, 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)이 요청하는 컴퓨팅 자원을 유/무선 통신망(20)을 통해 제공해준다. 원격의 AMI 부하관리서버(300)는 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)이 요청하는 디바이스(Device)를 이용하도록 하기 위한 컴퓨팅 서비스를 제공할 수 있다.
이러한 원격의 AMI 부하관리서버(300)에는 예컨대, 애플리케이션 프로그램 파일, 게임 프로그램 파일, 텍스트 데이터 파일, 문서 파일, 그림 파일, 음악 파일, 동영상 파일 및 바코드 파일 등과 같은 대용량 데이터를 제공하는 사업자(콘텐츠 제공자)로부터 제공된 파일들을 저장하는 다수의 저장장치 즉, 스토리지(Storage)를 구비한다.
한편, 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)은 유/무선 통신망(20)을 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)와 통신이 가능하고, 원격의 AMI 부하관리서버(300)의 클라이언트 회원 로그인 클라우드 웹서비스를 이용하여, 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 저장된 해당 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N) 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 실시간으로 검색 및 디스플레이 화면에 표시할 수 있다.
또한, 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)은 해당 클라이언트 회원 로그인 정보(예컨대, 회원 아이디(ID) 및 비밀번호(Password) 등)와 함께 원격의 AMI 부하관리서버(300)로부터 전송된 복호화 키를 이용하여 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 암호화되어 저장된 해당 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N) 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 복호화하고 이를 실시간으로 검색 및 디스플레이 화면에 표시할 수 있다.
이때, 각 AMI 부하관리장치별 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측장치별로 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들은, 대칭 또는 비대칭 암호화 방식을 이용하여 암호화 및 복호화함이 바람직하다.
또한, 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)은 원격의 AMI 부하관리서버(300)에서 다운로드(Download)된 전력관리관련 클라우드 어플리케이션을 통해 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 저장된 해당 AMI 부하관리장치(100-1 내지 100-N) 및/또는 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 각 전력선(P1 내지 PN)에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 실시간 검색 및 디스플레이 화면에 표시할 수 있다.
이러한 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)은 예컨대, 데스크탑 PC(Personal Computer), 노트북 PC 등 컴퓨터인 것이 일반적이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 모든 종류의 유무선 통신 장치일 수 있다.
예를 들어, 상기 클라이언트 단말 또는 관리자 단말(400)은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad) 또는 스마트 노트(Smart Note) 중 적어도 어느 하나의 이동단말장치로 이루어짐이 바람직하며, 이외에도 팜(Palm) PC, 모바일 게임기(Mobile play-station), 통신 기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 원격의 AMI 부하관리서버(300)에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 스마트 다채널 전력량 계측모듈(160)의 제어부(163)를 통해 다채널 전류 및 전압 검출부(161)로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 이용하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들 중 적어도 하나를 산출함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, AMI 게이트웨이(200) 또는 원격의 AMI 부하관리서버(300)에서 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 다양한 전력 품질 데이터들을 산출할 수도 있다.
다른 한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 AMI 게이트웨이(200), 원격의 AMI 부하관리서버(300) 또는 근거리 모니터링 장치(미도시)에서는 대용량 빅데이터(Big data)의 분석 및 처리가 가능하도록 구성할 수도 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 AMI 네트워크에서는 미터로부터 전력 사용량을 읽어가는 것(Metering)뿐만 아니라 소비자에게 가격정보(Pricing) 서비스, 수요반응 전력제어(Demand Response & Load Control, DRLC) 서비스, 메시징(Messaging, MSG) 서비스, 요금정보(Billing) 서비스, 분산전원제어(Distributed Energy Resource Control, DERC) 서비스를 제공할 수 있다.
이러한 AMI 네트워크 기술은 지그비 연합(ZigBee Alliance)의 표준 프로파일(Profile)인 스마트 에너지 프로파일(Smart Energy Profile, SEP)로 정의될 수 있다. 상기 AMI 네트워크에는 전력 공급자와 소비자를 네트워크로 연결시켜주는 에너지 서비스 인터페이스(Energy Services Interface, ESI), 댁내의 AMI 서비스 표현을 담당하는 댁내 디스플레이(In-Premise Display or IHD/In-Home Display, IPD), 온도 조절을 위한 스마트 서머스탯(Smart thermostat), 전력 사용제어를 위한 전력 제어(Load Control, LC), 전력 사용량을 수집하는 계량기(Meter), 전력 자동차(Plug-In Electric Vehicle), 스마트 가전기기(Smart Appliance), 선불 단말기(Pre-Payment Terminal), 댁내 에너지 관리시스템(Premises Energy Management System) 등을 정의할 수 있으며, 계속 추가될 예정이다.
또한, 상기 AMI 네트워크 기반은 에너지를 소비하는 수용가에 설치된 전기, 가스, 수도, 온수, 열량 등 각종 스마트 계량기의 사용량을 원격에서 검침하는 한편, 해당 정보를 상위 시스템에서 자동으로 취합, 분석 및 가공한 후 이를 다시 수용가에게 제공하는 양방항 통신 인프라를 의미한다.
즉, 지능형 검침 인프라인 AMI 네트워크 시스템은 전기, 가스, 수도, 온수, 열량과 같은 여러 가지 유틸리티 자원의 사용과 관련된 데이터를 평가하기 위하여 사용되는 시스템의 집합체로서, 스마트 그리드에서는 스마트 미터(Smart Meter)를 기반으로 전력 공급자와 전력 소비자 사이에 양방향 정보교환을 통해 부하 제어 및 수요 응답(Demand Response)을 가능케 하여 시스템 상의 첨두 요구(Peak Demand)를 감소시키고, 에너지 소비와 비용 감소를 유도하기 위한 동적 과금을 가능하게 할 수 있다.
이러한 AMI 네트워크 시스템은 양방향 통신을 통해서, 실시간 에너지 이용량 정보를 수집할 수 있으며, 이를 기반으로 에너지를 관리함으로써 가정 및 기업의 에너지 비용을 절감할 수 있으며, 전체의 에너지 이용량을 효율적으로 관리할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100-1 내지 100-N : AMI 부하관리장치,
110 : 스마트 가스 계측모듈,
120 : 스마트 수도 계측모듈,
130 : 스마트 온수 계측모듈,
140 : 스마트 열량 계측모듈,
150 : 스마트 단채널 전력량 계측모듈,
160 : 스마트 다채널 전력량 계측모듈,
161 : 다채널 전류 및 전압 검출부,
162 : 표시부,
163 : 제어부,
164 : 통신부,
165 : 전원공급부,
166 : 저장부,
200 : AMI 게이트웨이,
300 : AMI 부하관리서버,
400 : 관리자 단말

Claims (18)

  1. AMI(Advanced Metering Infrastructure) 네트워크 기반으로 구성되어 외부로부터 수신된 제어정보에 따라 동작하며, 수용가 부하별 에너지 정보를 획득하여 고유한 장치식별정보와 함께 전송하는 적어도 하나의 AMI 부하관리장치;
    저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN)을 통해 각 AMI 부하관리장치로부터 전송된 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 제공받아 유/무선 통신망을 통해 전달하며, 상기 유/무선 통신망을 통해 전달된 제어정보를 각 AMI 부하관리장치에 전달하는 AMI 게이트웨이; 및
    상기 유/무선 통신망을 통해 상기 AMI 게이트웨이로부터 전달받은 각 AMI 부하관리장치의 수용가 부하별 에너지 정보와 함께 고유한 장치식별정보를 바탕으로 각 AMI 부하관리장치의 수용가 부하별로 에너지 정보를 데이터베이스(DB)화하여 저장 및 관리함과 아울러 이를 실시간으로 모니터링(Monitoring)하며, 각 AMI 부하관리장치를 제어하는 제어정보를 생성하여 상기 AMI 게이트웨이로 전달하는 원격의 AMI 부하관리서버를 포함하되,
    상기 AMI 부하관리장치는, 스마트 가스 계측모듈, 스마트 수도 계측모듈, 스마트 온수 계측모듈, 스마트 열량 계측모듈, 스마트 단채널 또는 다채널 전력량 계측모듈 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 스마트 다채널 전력량 계측모듈은, 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선에 각각 탈부착가능하게 연결되어 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하여 디지털 신호로 변환함과 아울러 이를 신호 처리하여 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 산출하고, 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 전송하는 것으로서, 수용가에 인입되어 다수로 분배된 전력선에 각각 탈부착가능하게 연결되며, 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 다채널 전류 및 전압 검출부와, 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 디스플레이하는 표시부와, 상기 다채널 전류 및 전압 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 디지털 신호로 변환하고, 이를 신호 처리하여 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 산출하며, 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터가 상기 표시부에 디스플레이되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 별도의 AMI 게이트웨이를 통해 원격의 AMI 부하관리서버로 전송되도록 후술하는 통신부의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터와 함께 고유한 장치식별정보를 상기 AMI 게이트웨이를 통해 상기 AMI 부하관리서버로 전송하는 통신부를 포함하고,
    상기 다채널 전류 및 전압 검출부는, 홀 효과(Hall Effect)에 의해 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 다수의 전류 및 전압 센싱부와, 각 전류 및 전압 센싱부의 출력 단자와 탈부착가능하게 각각 연결되며, 각 전류 및 전압 센싱부의 출력 단자로부터 출력된 아날로그 전류 및 전압 신호가 상기 제어부의 입력측에 전달되도록 구비된 다수의 연결커넥터를 포함하며,
    상기 다수의 전류 및 전압 센싱부는, 각 전력선에 흐르는 전류에 의해 생성된 자속에 비례하여 아날로그 전압 신호가 출력되고, 상기 출력된 아날로그 전압 신호를 다시 아날로그 전류 신호로 환산하여 각 전력선에 흐르는 전류 및 전압을 검출하는 적어도 하나의 홀 센서(Hall Sensor)를 포함하되, 자심을 통해 각 전력선에 유기되는 자장에 의한 홀 전압을 발생하는 홀 소자와, 상기 홀 소자의 출력신호를 소정 레벨로 차동 증폭하는 차동 증폭기와, 상기 차동 증폭기의 출력신호를 필터링하여 소정 대역의 신호만을 출력하는 대역통과필터를 포함하여 이루어지며,
    상기 다수의 연결커넥터는, 각 전류 및 전압 센싱부를 통해 검출된 각 단상 전력선의 전류 및 전압을 상기 제어부의 입력측에 전달하기 위한 다수의 단상 연결커넥터를 포함하여 이루어지며,
    상기 제어부는, 상기 다수의 단상 연결커넥터를 통해 각 전류 및 전압 센싱부로부터 검출된 3상 4선로 전력선의 전류 및 전압 신호를 전달받아 각 상별 전압 변동을 모니터링하도록 제어하고, 상기 다채널 전류 및 전압 검출부로부터 검출된 전류 및 전압 신호를 이용하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 산출하고, 상기 검출된 전류와 전압 및 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들이 별도의 저장부에 저장되도록 제어하며,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 검출된 전류와 전압 및 상기 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 상기 통신부를 통해 주기적 또는 실시간으로 상기 AMI 게이트웨이를 통해 원격의 AMI 부하관리서버에 전송하며,
    상기 제어부를 통해 상기 다채널 전류 및 전압 검출부로부터 검출된 전류와 전압 및 이를 이용하여 산출된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 근거리 무선통신(NFC), 유선통신 및 전력선 통신(Power Line Communication, PLC) 중 어느 하나의 통신을 이용하여 주기적 또는 실시간으로 제공받아 이를 디스플레이 화면에 표시하여 모니터링할 수 있는 근거리 모니터링 장치가 더 포함되며,
    상기 AMI 부하관리서버는, 수용가에 인입되어 다수로 분배된 각 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 기 설정된 관리자 단말로 주기적 또는 실시간 전송하고, 외부의 클라이언트 단말의 요청에 응답해서 클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하며, 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량을 데이터베이스화하여 저장할 경우, 대칭 또는 비대칭 암호화 방식을 이용하여 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 암호화하여 저장함과 아울러 상기 암호화된 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 복호화할 수 있는 복호화 키가 해당 AMI 부하관리장치를 관리하는 기 설정된 클라이언트 단말로 전송되도록 서비스를 제공하며, 상기 클라이언트 단말을 통해 해당 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 다운로드받을 수 있도록 클라우드 웹서비스를 제공하며,
    상기 클라이언트 단말은, 상기 AMI 부하관리서버의 클라이언트 회원 로그인 클라우드 웹서비스를 이용하여 상기 AMI 부하관리서버에 저장된 각 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 실시간으로 검색 및 디스플레이 화면에 표시하고, 해당 클라이언트 회원 로그인 정보와 함께 상기 AMI 부하관리서버로부터 전송된 복호화 키를 이용하여 상기 AMI 부하관리서버에 암호화되어 저장된 해당 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 복호화하고 이를 실시간으로 검색 및 디스플레이 화면에 표시하며, 상기 AMI 부하관리서버에서 다운로드된 전력관리관련 클라우드 어플리케이션을 통해 상기 AMI 부하관리서버에 저장된 해당 AMI 부하관리장치의 전력선에 대한 채널별 사용 전력량 데이터를 비롯하여 주파수, 위상, 고조파 왜형률(THD), 유효전력량, 무효전력량, 최대수요전력 및 역률을 포함하는 전력 품질 데이터들을 실시간 검색 및 디스플레이 화면에 표시하는 것을 특징으로 하는 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템.
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  18. 제1 항에 있어서,
    각 AMI 부하관리장치의 고유한 장치식별정보는, 장치의 이름, 장치의 비밀번호, 장치의 일련번호, 장치의 종류, 장치의 제조회사, 장치의 MAC(Media Access Control) 주소, 장치의 고유 IP(Internet Protocol) 주소, 장치의 모델 및 장치의 버전, 장치의 비밀키 또는 PKI 기반의 개인키에 의해 생성된 장치의 인증 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 저전력 광역 통신망을 이용한 AMI 원격 모니터링 시스템.
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