KR101803639B1 - 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 운행일자, 저장시간, 열차중량, 운전모드, 추진노치, 제동노치, 열차속도, 전력량 등을 입력하거나 측정하고, 이들 데이터의 이력 관리 및 데이터의 분석을 통해 최적의 경제운전패턴을 추정할 수 있는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템을 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID를 입력받고, 전기 철도 차량의 전류 및 전압을 센싱하여 소비 전력을 계산하며, 전기 철도 차량의 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간 정보를 센싱하는 스마트 미터; 스마트 미터로부터 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간의 데이터를 전달받아 저장하고, 데이터의 이력 관리 및 분석 기능을 갖는 모니터링부; 및 스마트 미터로부터 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간의 데이터를 전달받아 적어도 하나를 기관사에게 표시하는 차량 운전부를 포함하는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템을 개시한다.

Description

데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템{Smart energy metering system of electric rail vehicles with data traceability management and analytics function}

본 발명의 일 실시예는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 간선 철도나 고속 철도는 전력 공급 사업자인 한국전력공사로부터 교류 154kV를 변전소에서 수전받아 교류 25kV로 변환하여 사용하고 있으며, 도시 철도는 교류 22.9kV를 수전받아 직류 1,500V로 변환하여 사용하고 있다.

또한, 종래에는 철도 전력 계통에서 소비되는 전력량을 측정하기 위해 변전소 등에 고정형 전압 변성기(Voltage Transducer)와 고정형 전류 변성기(Current Transducer)를 설치하고, 고전압, 대전류를 적정한 크기로 변환하여, 소비 전력량을 측정하고 있었다.

종래에는 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 운행일자, 저장시간, 열차중량, 운전모드, 추진노치, 제동노치, 열차속도, 전력량 등을 입력하거나 측정하고, 이들 데이터의 이력 관리 및 데이터의 분석을 통해 최적의 경제운전패턴을 추정할 수 있는 시스템이 존재하지 않았다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

한국공개특허 2013-0129593(한국철도기술연구원) 한국등록특허 10-1437350(한국철도기술연구원)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 운행일자, 저장시간, 열차중량, 운전모드, 추진노치, 제동노치, 열차속도, 전력량 등을 입력하거나 측정하고, 이들 데이터의 이력 관리 및 데이터의 분석을 통해 최적의 경제운전패턴을 추정할 수 있는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템은 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID를 입력받고, 전기 철도 차량의 전류 및 전압을 센싱하여 소비 전력을 계산하며, 전기 철도 차량의 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간 정보를 센싱하는 스마트 미터; 상기 스마트 미터로부터 상기 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간의 데이터를 전달받아 저장하고, 상기 데이터의 이력 관리 및 분석 기능을 갖는 모니터링부; 및 상기 스마트 미터로부터 상기 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간의 데이터를 전달받아 적어도 하나를 기관사에게 표시하는 차량 운전부를 포함한다.

상기 모니터링부는 상기 데이터를 저장하는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부로부터 데이터를 변환하여 출력하는 데이터 변환부와, 상기 데이터 변환부로부터 데이터 이력 관리 정보를 출력하는 데이터 이력 관리부와, 상기 데이터 이력 관리부로부터의 데이터를 이용하여 데이터를 분석하여 출력하는 데이터 분석부를 포함할 수 있다.

상기 모니터링부는 상기 데이터 이력 관리 상태와, 상기 데이터 분석 상태를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.

상기 스마트 미터는 상기 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID를 입력받는 입력부; 상기 전기 철도 차량에 공급되는 전압 및 전류 정보를 센싱하는 제1센싱부; 상기 전기 철도 차량의 노치, 제동, 속도 및 기동 정보를 센싱하는 제2센싱부; 상기 전기 철도 차량의 응하중, 위치 및 시간 정보를 센싱하는 제3센싱부; 상기 제1센싱부로부터 획득한 정보를 이용하여 전력 정보를 연산하는 미터링부; 상기 미터링부로부터 얻은 정보와, 상기 입력부 및 제2,3센싱부로부터 얻은 정보를 이용하여 상기 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 위치 및 시간에 따른 소비 전력, 회생 전력, 유휴 전력 및 순소비 전력 정보를 각각 연산하는 데이터 처리부; 및, 상기 데이터 처리부로부터 얻은 소비 전력, 회생 전력, 유휴 전력 및 순소비 전력 정보를 각각 상기 모니터링부에 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.

상기 데이터 처리부는 상기 제3센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 운행 노선에 있는 것으로 판단되고, 상기 제2센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 가속, 등속 또는 정지 상태인 것으로 판단될 경우, 상기 미터링부로부터 획득한 정보를 이용하여 소비 전력 정보를 연산할 수 있다.

상기 데이터 처리부는 상기 제3센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 운행 노선에 있는 것으로 판단되고, 상기 제2센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 제동 및 감속 상태인 것으로 판단될 경우, 상기 미터링부로부터 획득한 정보를 이용하여 회생 전력 정보를 연산할 수 있다.

상기 데이터 처리부는 상기 제3센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 차량 기지에 있는 것으로 판단될 경우, 상기 미터링부로부터 획득한 정보를 이용하여 유휴 전력 정보를 연산할 수 있다.

상기 데이터 처리부는 상기 소비 전력에서 상기 회생 전력 및 유휴 전력을 감산하여 상기 순소비 전력을 연산할 수 있다.

상기 데이터 분석부는 상기 데이터 이력 관리부로부터 미리 정해진 기간동안 누적된 상기 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치 및 시간별 순소비 전력으로 이루어진 데이터 중에서 미리 정해진 시간 내에 상기 전기 철도 차량이 목적지에 도달한 데이터를 선택하고, 상기 선택한 데이터 중에서 순소비 전력이 최소인 데이터를 경제 운전 패턴으로 선택하고, 상기 경제 운전 패턴을 상기 차량 운전부에 전송할 수 있다.

상기 차량 운전부는 상기 경제 운전 패턴을 기관사에게 표시하거나 또는 상기 경제 운전 패턴대로 상기 전기 철도 차량이 운전되는지 모니터링할 수 있다.

상기 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치 및 시간별 순소비 전력에 관한 데이터는 상기 전기 철도 차량이 차량 기지 내에 있을 경우 상기 스마트 미터로부터 상기 모니터링부에 전송될 수 있다.

상기 경제 운전 패턴은 상기 전기 철도 차량이 상기 차량 기지 내에 있을 경우 상기 모니터링부로부터 상기 차량 운전부에 전송될 수 있다.

본 발명은 전기 철도 차량에 공급되는 전압 및 전류를 이용하여 소비 전력을 계측하되, 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간 정보에 관련된 소비 전력을 정확하게 계측하도록 한다.

또한, 본 발명은 스마트 미터로부터 획득한 데이터로부터 데이터 이력 관리와 데이터 분석을 용이하게 하는 데이터 이력 관리부 및 데이터 분석부를 제공하여, 사용자나 관리자에 의해 데이터의 이력 확인 및 분석이 용이하도록 한다. 또한, 본 발명은 데이터 이력 관리부 및 데이터 분석부에 의한 출력 결과와 시뮬레이션 데이터를 이용하여, 실제 시운전을 하지 않아도 타구간에 대한 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간 정보에 관련된 소비 전력을 정확하게 예측하도록 한다.

또한, 본 발명은 전기 철도 차량이 차량 기지에서 소비한 유휴 전력, 그리고 전기 철도 차량의 제동 시 발생하는 회생 전력을 소비 전력에서 감산함으로써, 전기 철도 차량이 차량 기지를 벗어나 운행할 때 발생된 순소비 전력을 정확하게 계측한다.

한편, 본 발명은 스마트 미터로부터 얻은 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간 정보에 관련된 소비 전력의 데이터를 데이터 이력 관리부 및 데이터 분석부를 이용하여, 최적의 경제 운전 패턴을 생성하도록 한다. 일례로, 본 발명은 미리 정해진 기간 동안 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치 및 시간별로 순소비 전력 정보를 획득 및 누적하여 데이터로서 저장하고, 이와 같이 누적된 다량의 데이터 중에서 미리 정해진 시간 내에 전기 철도 차량이 목적지에 도달하고, 또한 이때 순소비 전력이 다른 것들에 비해서 최소로 되는 소비 전력을 갖는 데이터를 경제 운전 패턴으로 선택 및 정의하고, 이를 운전자에게 제공함으로써, 전기 철도 차량의 역간 도달 시간은 기존과 동일하면서도 순소비 전력은 감소하게 된다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명에 따른 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템에 이용된 스마트 미터의 사진, 전기 철도 차량에서 스마트 미터의 장착 위치 그리고 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템 중 스마트 미터의 동작을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템 중 스마트 미터의 동작을 구체적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템의 전체 구성을 도시한 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템에 따른 데이터 이력 관리 및 데이터 분석의 일례를 도시한 캡쳐 화면이다.
도 6a 및 도 6b는 경제 운전 패턴의 제공 전 및 제공 이후 운전 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 경제 운전 패턴 제공 방법을 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.

일례로, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 철도 차량(1)의 스마트 에너지 미터링 시스템(1000)에 이용된 스마트 미터(100)의 사진, 전기 철도 차량(1)에서 스마트 미터(100)의 장착 위치 그리고 구성 블록도가 도시되어 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 스마트 미터(100)는 상부 절연 케이스(101), 하부 절연 케이스(102), 상,하부 절연 케이스(101,102)에 각각 설치된 상부 회로기판(103), 하부 회로기판(104), 그리고 상부 회로기판(103) 및 하부 회로기판(104)에 실장되어 각종 신호의 센싱, 데이터의 입력, 저장, 처리 및/또는 연산을 수행하는 다수의 전자 부품(전원 공급 회로, 센싱 회로, 데이터 처리 회로, 데이터 저장 회로 등)을 포함한다. 더불어, 상부 회로기판(103) 및 하부 회로기판(103)은 배선에 의해 상호간 연결될 수 있다. 이러한 스마트 미터(100)는 전기 철도 차량(1)에 설치되어, 전기 철도 차량의 소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및/또는 시간 등을 센싱하며, 또한 스마트 미터(100)에 차량번호, 열차번호, 운행구간 및/또는 기간사 ID 등이 입력될 수 있다. 이러한 스마트 미터(100)는 본 발명의 이해를 위한 일례에 불과하며, 이러한 사진으로 본 발명이 한정되지 않음은 당연하다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 전기 철도 차량(1)은 변전소로부터 교류 및/또는 직류 전원을 공급받아서, 인버터(2) 및 모터(3)의 구동에 의해 동작하도록 되어 있다. 물론, 인버터(2) 및 모터(3)는 차량 운전부(300)에 의해 수동 및/또는 자동으로 제어된다.

여기서, 본 발명은 상술한 교류 및/또는 직류 전원의 전압 및 전류를 센싱하여 전력을 계측하는 스마트 미터(100)를 포함한다. 더욱이, 본 발명에 따른 스마트 미터(100)는 계측된 전력 정보를 모니터링부(200)에 전송하기 위한 통신부(170)를 더 포함할 수 있다. 즉, 전기 철도 차량(1)의 통신부(170)는 유무선 통신망(예를 들면, 3G, 4G, 5G 또는 WIFI)을 통해 모니터링부(200)의 통신부와 연결될 수 있다.

한편, 아래에서 다시 설명하겠지만, 차량 운전부(300)는 모니터링부(200)로부터 최적화된 경제 운전 패턴 정보를 입력받아 이에 추종하도록 수동 및/또는 자동으로 인버터(2) 및 모터(3)를 제어할 수 있다. 더불어, 차량 운전부(300)는 스마트 미터(100)로부터 선택된 몇 개의 데이터를 실시간으로 기관사에게 표시할 수도 있다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 에너지 미터(100)는 제1센싱부(110), 제2센싱부(120), 제3센싱부(130), 미터링부(140), 데이터 처리부(150), 데이터 저장부(160), 통신부(170) 및 입력부(180)를 포함한다.

제1센싱부(110)는 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)를 포함하며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)에 공급되는 전압 및 전류 정보(아날로그 정보)를 센싱하고, 이를 미터링부(140)에 디지털 신호(디지털 정보)로 변환하여 제공한다.

여기서, 전압 센서(111)는 팬토그래프(4)와 전기 철도 차량(1) 사이의 전원선에 병렬로 연결되며, 이는 절연 변압기를 활용한 분리절연방식(Isolation barrier 방식)의 센서로서, 양의 고전압(Positive High Voltage:+HT) 단자와 음의 고전압(Negative High Voltage:-HT) 단자에 직접 전압을 인가하는 것을 통해 전압을 측정하는 입력부와, 측정된 전압 신호를 1차 고전압(Primary High Voltage)선과 2차 저전압(Secondary Low Voltage)선의 절연을 담당하는 절연 변압기를 통해 센서의 출력측에 전송하는 절연부/유도부와, 전송된 신호를 증폭기에 의해 전류 또는 전압 신호로 변환하는 증폭부를 포함할 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않으며, 이밖에도 다양한 종류의 전압 센서가 이용될 수 있다. 일례로, 본 발명은 클로즈드 루프 기술 방식의 홀 효과 전압 센서도 이용할 수 있다. 이러한 홀 효과 전압 센서는 마그네틱 코어와, 마그네틱 코어의 일측에 권취된 1차 권선과, 마그네틱 코어의 타측에 권취된 2,3차 권선과, 제2,3차 권선에 연결되어 출력 전압을 증폭하는 증폭부를 포함할 수 있다.

전류 센서(112) 역시 팬토그래프(4)와 전기 철도 차량(1) 사이에 설치된 전원선에 설치되며, 이는 이중 코어 방식의 클로즈드 루프 홀 이펙트 방식의 분할 개폐 구조가 적용되며, 입력 전류가 마그네틱 코어를 통과함에 따른 자기장을 유도시키는 유도부와, 마그네틱 코어에 의해 발생된 자기장의 크기에 의해 홀소자에 1차 전류와 비례하는 2차 전류가 발생하고 이 전류가 저항(Rm)에 출력 전압(VM)을 발생시키는 출력부를 포함할 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않으며, 이밖에도 다양한 종류의 전류 센서가 이용될 수 있다.

제2센싱부(120)는 노치 센서(121), 제동 센서(122), 속도 센서(123) 및 기동 센서(124)를 포함하며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 노치, 제동, 속도 및 기동 정보를 센싱하고, 이를 데이터 처리부(150)에 디지털 신호로 변환하여 제공한다.

노치 센서(121)는 운전실의 노치에 설치되며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 노치 상태가 센싱된다. 일례로, 노치 센서(121)는 노치 자체일 수 있으며, 노치로부터 출력되는 전기적 신호에 의해 노치 상태가 센싱된다. 여기서, 노치는 자동차의 액셀과 유사한 개념이나 전기 철도 차량에서는 기어 변속 개념이 없으므로, 단순히 액셀의 밟은 깊이에 대응하는 개념으로 이해하면 된다.

제동 센서(122)는 운전실의 제동기에 설치되며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 제동 상태가 센싱된다. 일례로, 제동 센서(122)는 제동기 자체일 수 있으며, 제동기로부터 출력되는 전기적 신호에 의해 제동 상태가 센싱된다. 여기서, 제동기가 동작하면 모터(3)가 발전기로 동작하여 회생 전력이 발생되며, 이러한 회생 전력은 가선을 통해 변전소에 구비된 에너지 저장 시스템에 저장되거나, 또는 전기 철도 차량 자체에 구비된 에너지 저장 시스템에 저장될 수 있다.

속도 센서(123)는 운전실의 속도계에 설치되며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 속도가 센싱된다. 일례로, 속도 센서(123)는 속도계 자체일 수 있으며, 속도계로부터 출력되는 전기적 신호에 의해 속도 상태가 센싱된다.

기동 센서(124)는 운전실의 기동기에 설치되며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 기동 상태가 센싱된다. 일례로, 기동 센서(124)는 기동기 자체일 수 있으며, 기동기로부터 출력되는 전기적 신호에 의해 전기 철도 차량(1)의 기동 상태가 센싱된다. 여기서, 기동기는 팬토그래프(4)를 상승시켜 전기 철도 차량(1)을 가선에 연결하는 역할을 하며, 이와 같이 기동기가 동작하여 팬토그래프(4)가 가선에 연결되어야만, 비로서 전기 철도 차량(1)에 고압의 직류 전원이 공급되어 운행 가능한 상태가 된다.

제3센싱부(130)는 응하중 센서(131), 위치 센서(132) 및 시간 센서(133)를 포함하며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 응하중, 위치 및 시간 정보를 센싱하고, 이를 데이터 처리부(150)에 디지털 신호로 변환하여 제공한다.

응하중 센서(131)는 전기 철도 차량(1)의 바닥면에 설치되며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 응하중이 센싱된다. 이러한 응하중 센서(131)는, 예를 들면, 전기 철도 차량(1)의 바닥면에 설치된 댐퍼, 공기 스프링, 반도체식 압전소자형 압력센서 또는 이의 등가물일 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다.

위치 센서(132)는 통상의 GPS 시스템이거나, 또는 GPS 음영 지역에서 사용되는 네트워크 기반의 위치 측정 시스템 또는 모션 센서를 이용한 PDR(Pedestrian Dead Reckoning) 위치 측정 시스템일 수 있으며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 현재 위치가 센싱된다. 이러한 위치 센서(132)에 의해 차량 위치를 파악하는 기술은 주지된 기술이므로 이에 대한 설명은 생략한다.

시간 센서(133)는 통상의 마이크로 프로세서에 장착된 시계이거나, 또는 GPS 시스템으로부터 수신받은 시간 정보 등일 수 있으며, 이를 통해 전기 철도 차량(1)의 현재 시간이 센싱된다.

이러한 미터링부(140)는 제1센싱부(110)로부터 획득한 정보를 이용하여 전력 정보를 연산하고, 그 결과를 데이터 처리부(150)에 전송한다.

데이터 처리부(150)는 기본적으로 제2센싱부(120)로부터 획득한 정보에 기초하여 전기 철도 차량(1)이 가속, 등속 및/또는 정지 상태인 것으로 판단될 경우, 미터링부(140)로부터 획득한 전력 정보를 소비 전력으로 정의한다. 다시 설명하면, 데이터 처리부(150)는 노치 센서(121), 제동 센서(122), 속도 센서(123) 및 기동 센서(124)로 이루어진 제2센싱부(120)로부터 획득한 정보에 근거하여 전기 철도 차량(1)이 가속, 등속 및/또는 정지 상태로 판단될 경우, 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)로 이루어진 제1센싱부(110)로부터 획득한 정보(이는 미터링부(140)가 데이터 처리부(150)에 전송한 정보임)에 근거하여 전기 철도 차량(1)이 소비하는 소비 전력을 연산한다.

또한, 데이터 처리부(150)는 제2센싱부(120)로부터 획득한 정보에 기초하여 전기 철도 차량(1)이 제동 및/또는 감속 상태인 것으로 판단될 경우, 미터링부(140)로부터 획득한 전력 정보를 회생 전력으로 정의한다. 다시설명하면, 데이터 처리부(150)는 노치 센서(121), 제동 센서(122), 속도 센서(123) 및 기동 센서(124)로 이루어진 제2센싱부(120)로부터 획득한 정보에 근거하여 전기 철도 차량(1)이 제동 및/또는 감속 상태인 것으로 판단될 경우, 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)로 이루어진 제1센싱부(110)로부터 획득한 정보(이는 미터링부(140)가 데이터 처리부(150)에 전송한 정보임)에 근거하여 전기 철도 차량(1)이 변전소 또는 자체적으로 설치된 에너지 저장 시스템에 출력하는 회생 전력을 연산한다.

여기서, 데이터 처리부(150)는 전류 센서(112)로부터 감지되는 전류의 방향까지 고려하여, 회생 전력 여부를 결정할 수도 있다. 즉, 전류 센서(112)는 가선으로부터 전기 철도 차량에 전원이 공급되는 경우(소비 전력)와, 전기 철도 차량으로부터 가선에 전원이 공급되는 경우 또는 자체적으로 공급되는 경우(회생 전력)에 있어, 전류의 흐름 방향이 반대임을 센싱할 수도 있으므로, 이러한 정보까지 합세하여 현재의 전력이 소비 전력인지 회생 전력인지 판단할 수 있다. 다만, 이러한 전류 센서(112)로부터 감지되는 전류 방향만을 고려해서, 소비 전력 및 회생 전력을 판단할 경우에는 외부 노이즈 및 신호 왜곡에 의해 그 신뢰성이 확보되지 않으므로, 상술한 바와 같이 전기 철도 차량의 감속 및 제동 상태를 함께 고려함이 바람직하다.

더불어, 데이터 처리부(150)는 상술한 소비 전력에서 회생 전력을 감산하여 전기 철도 차량(1)이 소비하는 순소비 전력을 연산하고, 이를 통신부(170)에 의해 모니터링부(200)에 전송한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 데이터 처리부(150)는 제3센싱부(130)로부터 획득한 정보에 기초하여, 전기 철도 차량(1)의 응하중별, 위치별 및 시간별 소비 전력, 회생 전력 및 순소비 전력을 연산하고, 이를 통신부(170)에 의해 모니터링부(200)에 전송한다. 즉, 데이터 처리부(150)는 응하중 센서(131), 위치 센서(132) 및 시간 센서(133)로 이루어진 제3센싱부(130)로부터 획득한 응하중, 위치 및 시간에 대응하는 소비 전력, 회생 전력 및 순소비 전력을 연산하고, 이를 모니터링부(200)에 전송한다.

여기서, 데이터 처리부(150)는 제3센싱부(130), 특히, 위치 센서(132)로부터 획득한 위치 정보를 이용하여, 전기 철도 차량(1)의 위치가 현재 운행 노선인 것으로 판단될 경우, 미터링부(140)로부터 데이터 처리부(150)에 입력되는 값을 소비 전력 및/또는 회생 전력으로 설정한다. 또한, 데이터 처리부(150)는 제3센싱부(130), 특히, 위치 센서(132)로부터 획득한 위치 정보를 이용하여, 전기 철도 차량(1)의 위치가 현재 철도 기지인 것으로 판단될 경우, 미터링부(140)로부터 데이터 처리부(150)에 입력되는 값을 유휴 전력으로 설정한다.

더불어, 데이터 처리부(150)는 상술한 소비 전력에서 회생 전력 및 유휴 전력을 감산하여 순소비 전력을 연산하고, 이들을 통신부(170)에 의해 모니터링부(200)에 전송한다.

입력부(180)는 데이터 처리부(150)에 차량 번호(181), 열차번호(182), 운행구간(183) 및/또는 기관사 ID(184)를 입력하도록 한다. 여기서, 차량 번호(181), 열차번호(182) 및 운행구간(183)은 스마트 미터(100)의 설치 시 고정값 형태로 입력될 수 있고, 기관사 ID(184)는 전기 철도 차량(1)을 조정하는 기관사가 직접 입력해 놓을 수 있다.

물론, 데이터 처리부(150)는 상술한 바와 같이 전기 철도 차량(1)의 응하중, 위치 및 시간별 소비 전력, 회생 전력, 유휴 전력 및 순소비 전력을 연산하고, 이들을 데이터 저장부(160)에 임시로 저장한 후, 전기 철도 차량(1)이 차량 기지에 되돌아 왔을 때 모니터링부(200)에 전송한다. 이때 데이터 처리부(150)는 차량번호(181), 열차번호(182), 운행구간(183) 및/또는 기관사 ID(184)에 대한 정보도 모니터링부(200)에 전송한다. 따라서, 모니터링부(200)는 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 위치 및 시간별 소비 전력, 회생 전력, 유휴 전력 및 순소비 전력을 수집할 수 있게 된다.

여기서, 미터링부(140) 및 데이터 처리부(150)는, 예를 들면, 디지털 시그널 프로세서(DSP), 마이크로프로세서, 주문형 집적회로와 같은 전기적 회로에 의해 구현될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 전기 철도 차량(1)의 스마트 에너지 미터(100)는 전기 철도 차량(1)에 공급되는 전압 및 전류를 이용하여 소비 전력을 계측하되, 전기 철도 차량(1)의 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치, 시간, 차량번호, 열차번호, 운행구간 및/또는 기관사 ID에 관련된 소비 전력, 회생 전력 및 순소비 전력을 정확하게 계측하게 된다.

또한, 본 발명은 전기 철도 차량(1)이 차량 기지에서 소비한 유휴 전력도 회생 전력과 함께 소비 전력에서 자동적으로 감산함으로써, 전기 철도 차량(1)이 차량 기지를 벗어나 운행 노선에서 순수하게 소비한 순소비 전력을 정확하게 계측하게 된다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 철도 차량(1)의 스마트 에너지 미터링 시스템(1000) 중 스마트 미터(100)의 동작에 대한 개략적인 순서도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 스마트 에너지 미터(100)는 전기 철도 차량(1)이 기동 및 운행을 시작하게 되면(S1), 그때부터 동작하여 에너지 미터링 및 저장 기능을 수행한다(S2). 또한, 스마트 에너지 미터(100)는 전기 철도 차량(1)이 기동 및 운행을 중지하고, 차량 기지에 입고하여 모니터링부(200)의 근처에 있게 되면, 그때까지 저장된 에너지 미터링 정보(순소비 전력, 소비 전력, 회생 전력, 유휴 전력, 노치 상태, 제동 상태, 속도 상태, 기동 상태, 응하중 상태, 위치 상태, 시간(일자 포함), 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID)를 모니터링부(200)에 전송함으로써(S4), 이들 정보가 모니터링부(200)의 데이터 저장부에 저장되도록 한다(S5). 물론, 이때 전기 철도 차량(1)의 차량번호별, 열차번호별, 운행구간별, 기관사 ID별, 응하중별, 위치별 및 시간별 순소비 전력, 소비 전력, 회생 전력 및 유휴 전력이 모니터링부(200)의 데이터 저장부에 저장된다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 철도 차량(1)의 스마트 에너지 미터링 시스템(1000) 중 스마트 미터(100)의 동작이 구체적으로 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스마트 에너지 미터링 방법은 각종 정보의 센싱 단계(S11), 제1판단(위치가 운행 노선인지 판단) 단계(S12), 제2판단(가속, 등속 또는 정지 판단) 단계(S13), 소비 전력 정보 저장 단계(S14), 제3판단(제동 또는 감속 판단) 단계(S15), 회생 전력 정보 저장 단계(S16), 제4판단(위치가 차량 기지인지 판단) 단계(S17), 유휴 전력 정보 저장 단계(S18), 순소비 전력 계산 단계(S19), 제5판단(모니터링부(200)와 통신 가능한지 판단) 단계(S20) 및 전송 단계(S21)를 포함한다.

각종 정보의 센싱 단계(S11)에서는, 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)를 포함하는 제1센싱부(110)를 통해 전기 철도 차량(1)에 공급되거나 또는 전기 철도 차량(1)으로부터 회생되는 전압 및 전류 정보를 센싱하고, 노치 센서(121), 제동 센서(122), 속도 센서(123) 및 기동 센서(124)를 포함하는 제2센싱부(120)를 통해, 전기 철도 차량(1)의 노치, 제동, 속도 및 기동 정보를 센싱하며, 응하중 센서(131), 위치 센서(132) 및 시간 센서(133)를 포함하는 제3센싱부(130)를 통해 전기 철도 차량(1)의 응하중, 위치 및 시간 정보를 센싱한다. 더불어, 입력부(180)로부터 입력된 차량번호, 열차번호, 운행구간 및/또는 기관사 ID를 인식한다. 이러한 제1,2,3센싱부(110,120,130) 및 입력부(180)는 미터링부(140) 및/또는 데이터 처리부(150)의 명령에 의해 동작될 수 있다.

제1판단 단계(S12)에서는, 데이터 처리부(150)가 위치 센서(132)를 포함하는 제3센싱부(130)로부터 획득한 정보를 이용하여, 전기 철도 차량(1)의 현재 위치가 운행 노선에 있는지 아닌지를 판단하다. 전기 철도 차량(1)의 현재 위치가 운행 노선에 있다면, 제2판단 단계(S13)를 수행한다.

제2판단 단계(S13)에서는, 데이터 처리부(150)가 노치 센서(121), 제동 센서(122), 속도 센서(123) 및 기동 센서(124)를 포함하는 제2센싱부(120)로부터 획득한 정보를 이용하여, 전기 철도 차량(1)이 가속 상태인지, 등속 상태인지 및/또는 정지 상태인지를 판단한다. 전기 철도 차량(1)이 가속, 등속 및/또는 정지 상태에 있다면, 소비 전력 정보 저장 단계(S14)를 수행한다.

소비 전력 정보 저장 단계(S14)에서는, 데이터 처리부(150)가 미터링부(140)로부터 제공받은 전력 정보를 소비 전력 정보로 판단하고, 이를 데이터 저장부(160)에 함께 저장한다. 즉, 미터링부(140)는 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)를 포함하는 제1센싱부(110)로부터 전력을 미터링하고, 그 결과를 데이터 처리부(150)에 전송하게 되는데, 데이터 처리부(150)는 현재 전기 철도 차량(1)이 가속, 등속 및/또는 정지 상태라면 미터링부(140)로부터 입력되는 전력을 소비 전력으로 처리한다.

이때, 데이터 처리부(150)는 응하중 센서(131), 위치 센서(132) 및 시간 센서(133)를 포함하는 제3센싱부(130)로부터 획득한 정보에 근거하여, 응하중별, 위치별, 시간별 소비 전력을 데이터 저장부(160)에 함께 저장한다.

한편, 제2판단 단계(S13)에서, 전기 철도 차량(1)이 가속, 등속 및/또는 정지 상태가 아니라면, 데이터 처리부(150)는 제3판단 단계(S15)를 수행한다.

제3판단 단계(S15)에서는, 데이터 처리부(150)가 노치 센서(121), 제동 센서(122), 속도 센서(123) 및 기동 센서(124)를 포함하는 제2센싱부(120)로부터 획득한 정보를 이용하여, 전기 철도 차량(1)이 제동 상태인지 및/또는 감속 상태인지를 판단한다. 전기 철도 차량(1)이 제동 및/또는 감속 상태에 있다면, 회생 전력 정보 저장 단계(S16)를 수행한다.

회생 전력 정보 저장 단계(S16)에서는, 데이터 처리부(150)가 미터링부(140)로부터 제공받은 전력 정보를 회생 전력 정보로 판단하고, 이를 데이터 저장부(160)에 함께 저장한다. 즉, 미터링부(140)는 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)를 포함하는 제1센싱부(110)로부터 전력을 미터링하고, 그 결과를 데이터 처리부(150)에 전송하게 되는데, 데이터 처리부(150)는 현재 전기 철도 차량(1)이 제동 및/또는 감속 상태라면 미터링부(140)로부터 입력되는 전력을 회생 전력으로 처리한다.

이때, 데이터 처리부(150)는 응하중 센서(131), 위치 센서(132) 및 시간 센서(133)를 포함하는 제3센싱부(130)로부터 획득한 정보에 근거하여, 응하중별, 위치별, 시간별 회생 전력을 데이터 저장부(160)에 함께 저장한다.

더불어, 제1판단 단계(S12)에서, 전기 철도 차량(1)의 현재 위치가 운행 노선이 아니라면, 데이터 처리부(150)는 제4판단 단계(S17)를 수행한다.

제4판단 단계(S17)에서는, 데이터 처리부(150)가 위치 센서(132)를 포함하는 제3센서로부터 획득한 정보를 이용하여, 전기 철도 차량(1)의 현재 위치가 차량 기지에 있는지 아닌지를 판단하다. 전기 철도 차량(1)의 현재 위치가 차량 기지에 있다면, 유휴 전력 정보 저장 단계(S18)를 수행한다.

유휴 전력 정보 저장 단계(S18)에서는, 데이터 처리부(150)가 미터링부(140)로부터 제공받은 전력 정보를 유휴 전력 정보로 판단하고, 이를 데이터 저장부(160)에 저장한다. 즉, 미터링부(140)는 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)를 포함하는 제1센싱부(110)로부터 전력을 미터링하고, 그 결과를 데이터 처리부(150)에 전송하게 되는데, 데이터 처리부(150)는 현재 전기 철도 차량(1)이 차량 기지 내에 있다고 판단되면, 미터링부(140)로부터 입력되는 전력을 유휴 전력으로 처리한다.

물론, 데이터 처리부(150)는 응하중 센서(131), 위치 센서(132) 및 시간 센서(133)를 포함하는 제3센싱부(130)로부터 획득한 정보에 근거하여, 응하중별, 위치별, 시간별 유휴 전력을 데이터 저장부(160)에 저장한다.

순소비 전력 계산 단계(S19)에서는, 데이터 처리부(150)가 소비 전력 정보 저장 단계에서 저장된 소비 전력 정보, 회생 전력 정보 저장 단계에서 저장된 회생 전력 정보, 유휴 전력 정보 저장 단계에서 저장된 유휴 전력 정보를 이용하여, 순소비 전력을 계산하고, 이를 데이터 저장부(160)에 저장한다. 예를 들면, 데이터 처리부(150)는 소비 전력에서 회생 전력 및 유휴 전력을 감산하여 순소비 전력을 계산한다.

물론, 데이터 처리부(150)는 응하중 센서(131), 위치 센서(132) 및 시간 센서(133)를 포함하는 제3센싱부(130)로부터 획득한 정보에 근거하여, 응하중별, 위치별, 시간별 순소비 전력을 데이터 저장부(160)에 저장한다.

제5판단 단계(S20)에서는, 데이터 처리부(150)가 통신부(170)를 통해서 모니터링부(200)와 통신이 가능한지 판단한다. 통상 3G나 4G 기술로 전기 철도 차량(1)과 모니터링부(200)가 통신하지만, 본 발명에서는 예를 들면 차량 기지에 설치된 와이파이 공유기에 의해 전기 철도 차량(1)과 모니터링부(200)가 통신한다. 특히, 전기 철도 차량(1)이 차량 기지에 입고하여 완전히 정지한 상태에서 와이파이 공유기에 의해 상호간 통신한다.

데이터 처리부(150)가 통신부(170)를 통해 모니터링부(200)와 통신이 가능하다면, 전송 단계(S21)를 수행한다.

전송 단계(S21)에서는, 데이터 처리부(150)가 데이터 저장부(160)에 저장되어 있던 응하중별, 위치별, 시간별 소비 전력, 회생 전력 및 순소비 전력 정보를 모니터링부(200)에 전송한다.

이와 같이 하여, 본 발명은 전기 철도 차량(1)에 공급되는 전압 및 전류를 이용하여 소비 전력을 계측하되, 전기 철도 차량(1)의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간에 관련된 소비 전력을 정확하게 계측한다. 또한, 본 발명은 전기 철도 차량(1)이 차량 기지에서 소비한 유휴 전력, 그리고 전기 철도 차량(1)의 제동 및/또는 감속 시 발생하는 회생 전력을 소비 전력에서 감산함으로써, 전기 철도 차량(1)이 차량 기지를 벗어나 운행 할때 발생된 순소비 전력을 정확하게 계측한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 철도 차량(10)의 스마트 에너지 미터링 시스템(1000)의 전체 구성 블록도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 스마트 에너지 미터링 시스템(1000)은 모니터링부(200) 및 차량 운전부(300)를 포함한다.

모니터링부(200)는 데이터 처리부(210), 데이터 저장부(220), 데이터 변환부(230), 데이터 이력 관리부(240), 데이터 분석부(250), 표시부(260) 및 통신부(270)를 포함한다.

데이터 처리부(210)는 스마트 미터(100)로부터 전송된 소비 전력, 회생 전력, 순소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치, 시간, 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사ID에 관련된 정보를 가공하여 데이터 저장부(220)에 전달한다. 데이터 저장부(220)는 소비 전력, 회생 전력, 순소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치, 시간, 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사ID에 관련된 정보를 데이터로 저장한다. 이러한 데이터 저장부(220)는 스마트 미터(100) 및 데이터 처리부(210)를 통해 전송되는 데이터를 일정 기간(예를 들면, 1개월 내지 1년) 누적하여 저장해 놓는다.

데이터 변환부(230)는, 예를 들면, 데이터 이력 관리부(240)에서 필요로 하는 데이터의 형태로 데이터 저장부(220)에 저장된 데이터를 변환하거나, 또는 데이터 분석부(250)에서 필요로 하는 데이터의 형태로 데이터 저장부(220)에 저장된 데이터를 변환하여 제공하는 역할을 한다. 예를 들면, 데이터 변환부(230)는 데이터 저장부에 저장된 데이터를 엑셀 형태, 액세스 형태 및/또는 SQL 형태 등의 데이터로 변환하여 제공할 수 있다.

데이터 이력 관리부(240)는 데이터 저장부(220)로부터 데이터 변환부(230)를 통해 불러온 변환된 데이터를 차량번호별, 열차번호별, 운행구간별, 기관사 ID별 및/또는 시간별로 소비 전력, 회생 전력, 순소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중 및/또는 위치 정보에 대한 이력을 관리하기 용이하도록 배치/배열한다. 데이터 이력 관리부(240)는, 예를 들면, 차량번호별, 열차번호별, 운행구간별, 기관사ID별 및/또는 시간별로 소비 전력, 회생 전력, 순소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중 및/또는 위치에 대한 데이터를 개별 파일로 분류 및/또는 저장하도록 하며, 특히 이들 데이터를 그대로 데이터 분석부(250)에 전달하여 이후의 동작에 이용될 수 있도록 한다.

데이터 분석부(250)는 상술한 바와 같이 데이터 이력 관리부(240) 및/또는 데이터 변환부(230)로부터 일정 기간(예를 들면, 1개월 내지 1년) 동안 누적된 데이터를 분석 및 비교한다. 예를 들어, 차량번호별, 열차번호별, 운행구간별, 기관사ID별 및/또는 시간별로 소비 전력, 회생 전력, 순소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중 및/또는 위치를 분석 및 비교한다.

또한, 데이터 분석부(250)는, 예를 들면, 미리 정해진 전기 철도 차량(1)의 규정된 도달 시간과 동일하거나 유사한 도달 시간을 갖는 데이터가 있는지 판단한다. 이와 같이 규정 시간과 동일하거나 유사한 도달 시간을 갖는 데이터가 있다면, 이들 데이터 중에서 순소비 전력이 상대적으로 최소인 데이터가 있는지 판단한다. 이와 같이, 규정 시간 내에 도달 시간을 갖고, 또한 상대적으로 최소인 순소비 전력을 갖는 데이터를 경제 운전 패턴으로 선택한다.

표시부(260)는 상술한 데이터 이력 관리부(240) 및 데이터 분석부(250)를 통해 표시되는 데이터 이력 관리 화면 및/또는 데이터 분석 화면을 관리자에게 표시한다. 여기서, 데이터 이력 관리 화면은, 예를 들면, SQL 데이터 베이스의 형태일 수 있고, 데이터 분석 화면은 그래프, 리스트 및/또는 텍스트로 된 형태일 수 있다. 이러한 화면 형태는 본 발명을 이해하기 위한 일례에 불과하며, 이러한 화면 형태로 본 발명이 한정되지 않는다.

통신부(270)는 상술한 바와 같이 스마트 미터 또는 스마트 에너지 메터링 장치(100)로부터 정보를 데이터 처리부(210) 및 데이터 저장부(220)로 전송하는 역할과, 상술한 바와 같이 데이터 분석부(250)에서 선택된 경제 운전 패턴을 차량 운전부(300)에 제공하는 역할을 한다.

차량 운전부(300)는 모니터링부(200)로부터 상술한 경제 운전 패턴을 전송받아 운전자에게 표시하거나 또는 경제 운전 패턴대로 전기 철도 차량(1)이 운전되는지 모니터링한다. 이를 위해 차량 운전부(300)는 통신부(170), 데이터 처리부(310), 데이터 저장부(320), 경제 운전 표시부(330) 및 차량 운전 모니터링부(340)를 포함한다. 통신부(170)는 모니터링부(200)로부터 경제 운전 패턴 정보를 데이터 처리부(310)에 전달하는 역할을 하고, 데이터 처리부(310)는 전달받은 경제 운전 패턴 정보를 데이터 저장부(320)에 저장하고, 또한 경제 운전 표시부(330)에 전달하여 이를 운전자에게 시각적으로 표시하도록 하거나, 또는 차량 운전 모니터링부(340)에 전송하여 선택된 패턴대로 전기 철도 차량(1)이 운전되는지 모니터링한다. 물론, 이를 위해 스마트 미터링 장치(100)를 통해 현재의 정보(차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간에 관련된 소비 전력(순소비 전력, 소비 전력, 회생 전력))가 경제 운전 표시부(330) 또는 차량 운전 모니터링부(340)에 함께 표시될 수 있음은 당연하다.

여기서, 경제 운전 패턴은 전기 철도 차량(1)이 차량 기지 내에 있을 경우 모니터링부(200)로부터 전기 철도 차량(1)에 전송되며, 이는 상술한 바와 같이 와이파이 방식으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 하여, 모니터링부(200)는 다수의 전기 철도 차량에 대한 데이터(예를 들면, 응하중, 속도, 위치 및 시간별 순소비 전력 정보, 소비 전력, 회생 전력 등)를 수집하여 최적의 경제 운전 패턴을 추정하고, 추정된 경제 운전 패턴을 개별 전기 철도 차량에 각각 전송한다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 철도 차량(1)의 스마트 에너지 미터링 시스템(1000)에 따른 데이터 이력 관리 및 데이터 분석의 캡쳐 화면이 도시되어 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 데이터 이력 관리 화면은, 예를 들면, 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치, 시간, 순소비 전력 등의 데이터가 다수의 테이블 형태로 존재하는 SQL 데이터 베이스 형태로 이루어짐으로써, 관리자가 각 데이터의 이력을 테이블별로 용이하게 알아 볼 수 있도록 한다. 물론, 이러한 데이터 이력은 데이터별 파일 형태로 저장이 가능하고 또는 웹 사이트와 연동도 가능하여, 원격지에서도 용이하게 확인할 수 있도록 한다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 데이터 분석 화면은, 예를 들면, 속도(파란색), 전력량(에너지 소비량)(빨강색), 추진력(노치)(녹색) 정보를 관리자가 용이하게 분석할 수 있도록 그래프 형태로 이루어지고, 또한 기관사 ID, 열차번호, 차량번호, 열차중량, 총열차 거리, 평균 에너지 사용량, 총에너지 사용량 등을 일목 요연하게 박스 내에 제공하며, 또한 시간, 에너지 사용량, 회생 에너지량, 순간 에너지 사용량, 누적 사용량 등을 엑셀 형태로 제공할 수 있다. 물론, 데이터 분석 화면은 데이터의 불러오기, 저장 등의 기능을 가지며, 특히, 최적의 경제 운전 패턴을 추정하여 표시할 수 있다.

즉, 데이터 분석 화면은 일정 기간(예를 들면, 1개월 내지 1년) 동안 차량번호별, 열차번호별, 운행구간별, 기관사ID별 및/또는 시간별로 소비 전력, 회생 전력, 순소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중 및/또는 위치를 비교 분석한 내용을 표시한다. 더욱이, 데이터 분석 화면은, 예를 들면, 미리 정해진 전기 철도 차량의 규정된 도달 시간과 동일하거나 유사한 도달 시간을 갖는 데이터를 표시하고, 이와 같이 규정 시간과 동일하거나 유사한 도달 시간을 갖는 데이터 중에서도 순소비 전력이 상대적으로 최소인 데이터를 선택하고, 이를 최적의 경제 운전 패턴으로 표시한다.

따라서, 본 발명은 이러한 데이터 분석 결과에 따른 출력과 시뮬레이션 데이터를 활용하여 실제 시운전을 하지 않아도 타구간에 대한 시뮬레이션 데이터로 활용하도록 한다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 경제 운전 패턴의 제공 전 및 제공 이후 운전 패턴 그래프가 도시되어 있다.

실질적으로, 도 6a는 본 발명에 따른 스마트 에너지 미터링 장치에 의해 계측된 위치별 노치 및 소비 전력의 일례를 도시한 것이고, 도 6b는 본 발명에 따른 스마트 에너지 미터링 시스템에 의해 제공되는 위치별 노치 및 소비전력/회생전력의 일례를 도시한 것이다.

도 6a에 도시된 바와 같이 역간 도달 시간은 6분2초였으며, 이때 소비된 순소비 전력은 대략 42.48kWh였다. 그러나, 도 6b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 경제 운전 패턴에 따르면 역간 도달 시간이 6분2초로서 기존과 동일하면서도, 이때 소비된 순소비 전력은 대략 36.13kWh로서, 기존에 비해 순소비 전력을 감소시킴을 알 수 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 경제 운전 패턴의 제공 메카니즘은 대체로 전기 철도 차량(1)의 속도가 미리 규정된 최고 속도에 도달하도록 노치의 단수를 증가시키고, 전기 철도 차량(1)의 속도가 미리 규정된 최고 속도에 도달하면 노치를 중립에 위치시켜 전력 소비량이 최소화되도록 하거나 또는 전력이 차단되도록 한다. 더욱이, 제동 및 감속 시에는 모터(3)가 발전기로 동작하여 회생 전력이 발생되도록 한다. 이와 같이, 노치를 중립에 위치시켜 전력 소비를 최소화하거나 전력을 차단함에 따라 전기 철도 차량(1)은 일정 시간동안 타력 또는 타행 운전하게 되며, 이때 순소비 전력이 감소되고, 더욱이 회생 전력에 의해 순소비 전력이 더욱 감소하게 되다. 이러한 운전 패턴은 가장 단순한 경우를 예로 든 것이며, 실제로는 더욱 복잡할 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 경제 운전 패턴 제공 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 경제 운전 패턴 제공 방법은 미리 정해진 기간 동안 각종 정보를 누적하여 저장하는 단계(S31)와, 도달 시간이 규정 시간과 동일한지 판단하는 단계(S32)와, 순소비 전력이 최소 전력인지 판단하는 단계(S33)와, 경제 운전 패턴 선택 단계(S34)와, 통신 가능 판단 단계(S35)와, 전송 단계(S36)를 포함한다.

미리 정해진 기간 동안 각종 정보를 누적하여 저장하는 단계(S31)에서는, 미리 정해진 기간(예를 들면, 1개월 내지 1년)동안 데이터 처리부(210)가 스마트 에너지 미터(100)로부터 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치 및 시간별 순소비 전력 정보를 획득하여 데이터 저장부(220)에 누적하여 저장한다.

도달 시간이 규정 시간과 동일한지 판단하는 단계(S32)에서는, 일정 기간(예를 들면, 1개월 내지 1년) 경과 후, 데이터 분석부(250)가 누적되어 저장된 데이터 중에서 전기 철도 차량(1)의 역간 도달 시간이 미리 정의된 규정 시간과 동일하거나 유사한 데이터가 있는지 판단한다. 이러한 판단 이후, 역간 도달 시간이 규정 시간과 동일하거나 유사한 데이터들에 한해 다음 단계를 수행한다.

순소비 전력이 최소 전력인지 판단하는 단계(S33)에서는, 데이터 분석부(250)가 상술한 바와 같이 역간 도달 시간이 규정 시간과 동일한 데이터들에 한해서, 순소비 전력을 비교하고, 비교 결과 가장 작은 최소 순소비 전력을 갖는 데이터가 있는지 판단한다.

여기서, 비록 도달 시간이 규정 시간과 동일한 데이터 중에서 순소비 전력이 최소 전력인 것이 있는지 판단하였지만, 반대로 순소비 전력이 최소 전력인 데이터 중에서 도달 시간이 규정 시간과 동일 유사한 것이 있는지 판단하는 순서로 진행해도 좋다.

경제 운전 패턴 선택 단계(S34)에서는, 상술한 바와 같이 전기 철도 차량(1)의 역간 도달 시간이 규정 시간과 동일 또는 유사한 동시에, 순소비 전력이 최소 전력인 데이터를 경제 운전 패턴으로 선택한다.

통신 가능 판단 단계(S35)에서는, 모니터링부(200)가 전기 철도 차량(1)의 운전부(300)와 통신 가능한 상태인지 판단한다. 통신 가능한 상태이면, 전송 단계(S36)를 수행한다.

전송 단계(S36)에서는, 모니터링부(200)가 상술한 경제 운전 패턴을 차량 운전부(300)에 전송한다.

이와 같이 경제 운전 패턴이 차량 운전부(300)에 전송되면, 이는 데이터 저장부(320)에 저장되고, 전기 철도 차량(1)의 경제 운전 표시부(330) 및/또는 차량 운전 모니터링부(340)를 통해 사용자에게 표시되거나, 모니터링된다.

이와 같이, 본 발명은 일정 기간 동안 전기 철도 차량(1)의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치 및 시간별로 순소비 전력 정보를 획득 및 누적하여 데이터로서 저장하고, 이와 같이 누적된 다량의 데이터 중에서 미리 규정된 시간 내에 전기 철도 차량(1)이 목적지에 도달하고, 또한 이때 순소비 전력이 다른 것들에 비해서 최소로 되는 소비 전력을 갖는 데이터를 경제 운전 패턴으로 선택 및 정의하고, 이를 운전자에게 제공함으로써, 전기 철도 차량(1)의 역간 도달 시간은 기존과 동일하면서도 순소비 전력은 감소하게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1000; 스마트 에너지 미터링 시스템
200; 모니터링부 210; 데이터 처리부
220; 데이터 저장부 230; 데이터 변환부
240; 데이터 이력 관리부 250; 데이터 분석부
260; 표시부 270; 통신부
300; 차량 운전부

Claims (12)

1. 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID를 입력받고, 전기 철도 차량의 전류 및 전압을 센싱하여 소비 전력을 계산하며, 전기 철도 차량의 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간 정보를 센싱하는 스마트 미터;
   상기 스마트 미터로부터 상기 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간의 데이터를 전달받아 저장하고, 상기 데이터의 이력 관리 및 분석 기능을 갖는 모니터링부; 및
   상기 스마트 미터로부터 상기 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 소비 전력, 노치, 제동, 속도, 기동, 응하중, 위치 및 시간의 데이터를 전달받아 적어도 하나를 기관사에게 표시하는 차량 운전부를 포함하고,
   상기 스마트 미터는 상기 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID를 입력받는 입력부; 상기 전기 철도 차량에 공급되는 전압 및 전류 정보를 센싱하는 제1센싱부; 상기 전기 철도 차량의 노치, 제동, 속도 및 기동 정보를 센싱하는 제2센싱부; 상기 전기 철도 차량의 응하중, 위치 및 시간 정보를 센싱하는 제3센싱부; 상기 제1센싱부로부터 획득한 정보를 이용하여 전력 정보를 연산하는 미터링부; 상기 미터링부로부터 얻은 정보와, 상기 입력부 및 제2,3센싱부로부터 얻은 정보를 이용하여 상기 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 위치 및 시간에 따른 소비 전력, 회생 전력, 유휴 전력 및 순소비 전력 정보를 각각 연산하는 데이터 처리부; 및, 상기 데이터 처리부로부터 얻은 소비 전력, 회생 전력, 유휴 전력 및 순소비 전력 정보를 각각 상기 모니터링부에 전송하는 통신부를 포함하며,
   상기 데이터 처리부는 상기 제3센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 운행 노선에 있는 것으로 판단되고, 상기 제2센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 가속, 등속 또는 정지 상태인 것으로 판단될 경우, 상기 미터링부로부터 획득한 정보를 이용하여 소비 전력 정보를 연산하고,
   상기 데이터 처리부는 상기 제3센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 운행 노선에 있는 것으로 판단되고, 상기 제2센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 제동 및 감속 상태인 것으로 판단될 경우, 상기 미터링부로부터 획득한 정보를 이용하여 회생 전력 정보를 연산하며,
   상기 데이터 처리부는 상기 제3센싱부로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 전기 철도 차량이 차량 기지에 있는 것으로 판단될 경우, 상기 미터링부로부터 획득한 정보를 이용하여 유휴 전력 정보를 연산하고,
   상기 데이터 처리부는 상기 소비 전력에서 상기 회생 전력 및 유휴 전력을 감산하여 상기 순소비 전력을 연산하는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 모니터링부는 상기 데이터를 저장하는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부로부터 데이터를 변환하여 출력하는 데이터 변환부와, 상기 데이터 변환부로부터 데이터 이력 관리 정보를 출력하는 데이터 이력 관리부와, 상기 데이터 이력 관리부로부터의 데이터를 이용하여 데이터를 분석하여 출력하는 데이터 분석부를 포함함을 특징으로 하는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 모니터링부는 상기 데이터 이력 관리 상태와, 상기 데이터 분석 상태를 표시하는 표시부를 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 데이터 분석부는
   상기 데이터 이력 관리부로부터 미리 정해진 기간동안 누적된 상기 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치 및 시간별 순소비 전력으로 이루어진 데이터 중에서 미리 정해진 시간 내에 상기 전기 철도 차량이 목적지에 도달한 데이터를 선택하고, 상기 선택한 데이터 중에서 순소비 전력이 최소인 데이터를 경제 운전 패턴으로 선택하고,
   상기 경제 운전 패턴을 상기 차량 운전부에 전송함을 특징으로 하는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차량 운전부는 상기 경제 운전 패턴을 기관사에게 표시하거나 또는 상기 경제 운전 패턴대로 상기 전기 철도 차량이 운전되는지 모니터링함을 특징으로 하는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 철도 차량의 차량번호, 열차번호, 운행구간, 기관사 ID, 응하중, 속도, 위치 및 시간별 순소비 전력에 관한 데이터는 상기 전기 철도 차량이 차량 기지 내에 있을 경우 상기 스마트 미터로부터 상기 모니터링부에 전송됨을 특징으로 하는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 경제 운전 패턴은
    상기 전기 철도 차량이 차량 기지 내에 있을 경우 상기 모니터링부로부터 차량 운전부에 전송됨을 특징으로 하는 데이터 이력 관리와 분석 기능을 갖는 전기 철도 차량의 스마트 에너지 미터링 시스템.

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