KR101828064B1 - 양방향 dc 전력량계 - Google Patents

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KR101828064B1
KR101828064B1 KR1020160156429A KR20160156429A KR101828064B1 KR 101828064 B1 KR101828064 B1 KR 101828064B1 KR 1020160156429 A KR1020160156429 A KR 1020160156429A KR 20160156429 A KR20160156429 A KR 20160156429A KR 101828064 B1 KR101828064 B1 KR 101828064B1
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김지효
김주현
손병일
김영훈
박남규
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옴니시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 하나의 전력량계로 송전 전력량 및 수전 전력량을 모두 계측할 수 있는 양방향 DC 전력량계에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계는,
전력선으로부터 전압 신호를 검출하여 정류하는 전압 처리부; 상기 전력선으로부터 전류 신호를 검출하여 정류하는 전류 처리부; 상기 전류 처리부에서 검출된 상기 전류 신호의 극성을 검출하는 전류 극성 검출부; 상기 전압 처리부 및 전류 처리부에서 출력된 전압 신호 및 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 및, 상기 전류 극성 검출부에서 검출된 상기 전류 신호의 극성을 이용하여 송전 또는 수전 여부를 판단하고, 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호를 이용하여 전력량을 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

양방향 DC 전력량계{Bidirectional DC Power Meter}
본 발명은 양방향 DC 전력량계에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하나의 전력량계로 송전 전력량 및 수전 전력량을 모두 계측할 수 있는 양방향 DC 전력량계에 관한 것이다.
본 발명은 전력량계에 관한 것이다.
현재 전력을 소비하는 수용가에서 태양열 에너지 등 별도의 발전 전력을 생성하는 경우, 수용가는 수전용 계량기와 송전용 계량기를 각각 설치하여 수전 전력량과 송전 전력량을 각각 계측하여 정산한다.
이때, 수전 상태에서는 수전용 계량기가 계량되며, 발전 상태에서는 송전용 계량기가 계량된다. 그러나 수용가와 무관하게 한전 계통의 영향으로 역조류 현상이 발생되고 이로 인해 수전 계량기와 발전 계량기가 과부족 계량오차가 발생되는 문제가 있다.
또한, 송전용 계량기도 수전용 계량기와 같은 형태로 구성되어 있으며, 송전용과 수전용을 모두 계량하는 양방향 계량기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 단순히 2대의 단방향 계량기를 결합해서 사용하고 있다. 따라서, 양방향 계측을 위해 2대의 계량기를 사용해야 하므로, 불필요한 비용의 증가 및 설치 공간의 증가를 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 하나의 전력량계로 송전 전력량 및 수전 전력량을 모두 계측할 수 있는 양방향 DC 전력량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계는,
전력선으로부터 전압 신호를 검출하여 정류하는 전압 처리부; 상기 전력선으로부터 전류 신호를 검출하여 정류하는 전류 처리부; 상기 전류 처리부에서 검출된 상기 전류 신호의 극성을 검출하는 전류 극성 검출부; 상기 전압 처리부 및 전류 처리부에서 출력된 전압 신호 및 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 및, 상기 전류 극성 검출부에서 검출된 상기 전류 신호의 극성을 이용하여 송전 또는 수전 여부를 판단하고, 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호를 이용하여 전력량을 산출하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 전류 처리부는 상기 전력선으로부터 검출된 전류 신호를 직류 신호로 정류하는 제2 정류 회로부를 포함하며, 상기 전류 극성 검출부는 상기 제2 정류 회로부와 연결 형성되어, 상기 제2 정류 회로부에 흐르는 전류의 방향을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 전압 처리부에서 검출된 상기 전압 신호의 극성을 검출하는 전압 극성 검출부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 전압 극성 검출부에서 검출된 상기 전압 신호의 극성을 이용하여 정상결선 또는 역결선 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 전압 처리부는 상기 전력선으로부터 검출된 전압 신호를 직류 신호로 정류하는 제1 정류 회로부를 포함하며, 상기 전압 극성 검출부는 상기 제1 정류 회로부와 연결 형성되어, 상기 제1 정류 회로부에 걸리는 전압의 극성을 검출하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 제어부는, 상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호를 이용하여 전력량을 산출하는 전력 연산모듈과, 상기 전류 극성 검출부에서 검출된 상기 전류 신호의 극성을 이용하여 송전 또는 수전 여부를 판단하는 송수전 판단모듈과, 상기 전압 극성 검출부에서 검출된 상기 전압 신호의 극성을 이용하여 정상결선 또는 역결선 여부를 판단하는 역결선 판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 송수전 판단모듈은, 상기 역결선 판단모듈의 판단 결과와 연계하여 상기 전류 극성 검출부의 검출 결과를 이용하여 송전 또는 수전 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면,
하나의 장치로, 전력 공급회사에서 공급되는 전력(수전 전력)과 수용가에서 생성되어 전력 공급회사로 공급하는 전력(송전 전력)을 구별할 수 있게 되어, 정확한 요금 산정을 할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 하나의 장치로, 정상결선 또는 역결선 여부를 알려줄 수 있으며, 역결선 여부 및 이에 따른 송수전 판단 결과를 알려주어 정확한 요금 산정을 할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 양방향 DC 전력량계가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 양방향 DC 전력량계의 개략적인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계가 도시된 블록도이다.
도 4는 다이오드 브릿지 회로가 도시된 도면이다.
도 5는 다이오드 브릿지 회로 및 전류 극성 검출부가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계가 도시된 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계의 역결선 여부 및 이에 따른 송수전 판단 결과가 도시된 표이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 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, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계가 도시된 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계는, 전압 처리부(100), 전류 처리부(200), 제1 정류 회로부(110), 제2 정류 회로부(210), 전압 A/D 변환부(120), 전류 A/D 변환부(220), 전류 극성 검출부(230), 제어부(300)를 포함한다. 또한, 표시부(400), 통신부(500)를 더 포함할 수 있다.
전압 처리부(100)는 전력선과 연결되며 전력선으로부터 전압을 입력 받아서 전압 신호를 검출하여 정류한다. 전압 처리부(100)는 전력선으로부터 입력 받은 전압으로 본 발명의 양방향 DC 전력량계에 전원을 공급하면서, 전력선의 전압 신호를 검출하여 정류한다.
전류 처리부(200)는 전력선과 연결되며 전력선으로부터 전류를 입력 받아서 전류 신호를 검출하여 정류한다. 전류 처리부(200)는 전력 공급회사에서 공급되는 전력에 의한 전류 신호와, 수용가에서 생성된 전력에 의한 전류 신호를 검출하여 정류한다.
전압 처리부(100)는 전력선으로부터 검출된 전압 신호를 직류 신호로 정류하는 제1 정류 회로부(110)를 포함하고, 전류 처리부(200)는 전력선으로부터 검출된 전류 신호를 직류 신호로 정류하는 제2 정류 회로부(210)를 포함한다.
제1 정류 회로부(110) 및 제2 정류 회로부(210)는 정류의 대상만 다를 뿐, 실질적인 구성은 동일하다. 즉, 제1 정류 회로부(110) 및 제2 정류 회로부(210)는, 도 2에 도시된 바와 같은 다이오드 브릿지 회로로 이루어질 수 있다. 다만, 이는 정류 회로부(110, 210)에 대한 하나의 예시일 뿐, 교류를 직류로 변환시킬 수 있는 모든 종류의 정류 회로로 대체 가능하다.
도 4에서 두 접지는 서로 연결되어 있고, 4개의 다이오드(D1~D4)로 브릿지 회로를 구성한다. 다이오드(D1~D4)는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하고, 그 역방향으로 흐르지 못하게 하는 성질을 가진 반도체 소자이다. 즉, 순방향일 때 도통되고, 역방향일 때 불통된다.
상기와 같은 다이오드 브릿지 회로에서 입력단에 순방향 전압이 입력되든, 역방향 전압이 입력되든 도시된 바와 같이 모두 (+) 극성으로 출력된다.
따라서, 전압 처리부(100) 및 전류 처리부(200)로 입력된 전압 또는 전류는 각각 제1 정류 회로부(110) 및 제2 정류 회로부(210)를 거쳐서 입력단의 극성에 상관없이 (+) 극성으로 정류되어 출력된다.
(+) 극성으로 정류되어 출력된 전압 신호 또는 전류 신호는 각각, 전압 A/D 변환부(120) 또는 전류 A/D 변환부(220)를 거쳐서 디지털 신호로 변환된다. A/D 변환부(120, 220)의 구체적인 동작원리는 공지 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.
변환된 디지털 신호는 제어부(300)의 전력 연산모듈(310)로 전송되고, 전력 연산모듈(310)은 P=VI를 적용하여 전력선을 통해 수전된 전력량 또는 송전된 전력량을 연산한다.
이때, 전류 처리부(200)에 입력되어 정류 처리된 전류 신호는 원래의 극성에 관계없이 모두 (+) 극성으로 정류되어 출력되므로, 전력 공급회사에서 공급되는 전력에 의한 소비 전력량(수전 전력이라 함)인 지, 수용가에서 생성되어 전력 공급회사로 공급하는 공급 전력량(송전 전력이라 함)인 지 구별되지 않아서, 정확한 요금 산정이 어렵다.
수전 전력의 전류 극성이 (+)이면, 송전 전력의 전류 극성은 (-)인 점을 착안하여, 본 발명에서는 전류의 극성을 판단하여 수전 전력과 송전 전력을 구별하여 정확한 양방향 DC 전력량을 산출한다.
이를 위해, 본 발명에서는 제2 정류 회로부(210)와 연결 형성되어, 제2 정류 회로부(210)에 흐르는 전류의 방향(극성)을 판단하는 전류 극성 검출부(230)를 구비한다.
전류 극성 검출부(230)는 도 4의 다이오드 브릿지 상의 어느 한 노드(예를 들어, 도 5의 A노드)에서 분기되어 제2 정류 회로부(210)와 연결 형성된다. 전류 극성 검출부(230)는 노드 A에서 분기되어 흐르는 전류가 순방향이면, High 신호를 생성하고, 역방향이면 Low 신호를 생성하여 제어부(300)의 송수전 판단모듈(320)로 전송한다. 순방향인 경우, 전류 극성 검출부(230)는 양의 값을 출력하여 High 신호를 생성하고, 역방향인 경우 “0”을 출력하여 Low 신호를 생성한다.
전류 극성 검출부(230)는 전류의 극성을 판단할 수 있는 모든 종류의 회로를 사용할 수 있으며, 예를 들어 다이오드일 수 있다. 전류 극성 검출부(230)가 다이오드일 경우, 순방향 전류이면 출력값이 (+)인 High 신호를 생성하고, 역방향 전류이면 출력값이 0이므로, Low 신호를 생성한다.
제어부(300)의 송수전 판단모듈(320)은 전류 극성 검출부(230)에서 생성된 신호가 High인 경우, 전력 공급회사에서 공급된 전력(수전 전력)으로 판단하고, 생성된 신호가 Low인 경우, 수용가에서 생성되어 전력 공급회사로 공급하는 공급 전력(송전 전력)으로 판단한다.
제어부(300)의 전력 연산모듈(310)은 P=VI를 적용하여 전력선을 통해 수전된 전력량 또는 송전된 전력량을 연산한다.
표시부(400)는 본 발명에 따른 양방향 DC 전력량계에 의하여 측정된 전압, 전류, 송전 전력, 수전 전력, 순간 전력 또는 특정 시점까지의 누적 전력을 표시하며, 추가적으로 외부통신 상태, 회로차단 여부, 전력 사용량 및 배터리 상태 등을 표시할 수 있다. 또한 누적 전력량뿐만 아니라 순간적으로 소비되는 전력량을 실시간으로 표시할 수도 있을 뿐만 아니라, 시간대 별로 외부에서 공급받는 수전 전력량과 자가 발전을 통해서 외부로 공급되는 송전 전력량을 합산하여 증감형식으로 전력량을 표기할 수 있어 시간대별 전력수요에 관한 정확한 전력량을 모니터링 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양방향 DC 전력량계는 표시부(400)를 통하여 출력되는 항목을 외부 단말기(도면 미도시)를 통하여 출력할 수 있게 해주는 유/무선 통신부(500)를 더 포함할 수 있다.
유/무선 통신부(500)에는 유선 통신 수단과 무선 통신 수단이 포함되며 유선 통신 수단으로 RS-232/485, DCPLC, PLC, NFC등이 이용될 수 있으며, 무선 통신 수단으로 WiFi, Zigbee, Bluetooth, CDMA/GSM, 3G, LTE으로 이용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계에 의하면, 하나의 장치로, 전력 공급회사에서 공급되는 전력(수전 전력)과 수용가에서 생성되어 전력 공급회사로 공급하는 전력(송전 전력)을 구별할 수 있게 되어, 정확한 요금 산정이 용이하다는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계가 도시된 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계는, 전압 처리부(100), 전류 처리부(200), 제1 정류 회로부(110), 제2 정류 회로부(210), 전압 A/D 변환부(120), 전류 A/D 변환부(220), 전압 극성 검출부(130), 전류 극성 검출부(230), 제어부(300)를 포함한다. 또한, 표시부(400), 통신부(500)를 더 포함할 수 있다.
제2 실시예의 양방향 DC 전력량계는 제1 실시예의 양방향 DC 전력량계와 비교하여 전압 극성 검출부(130)를 더 구비하고, 제어부(300)에 역결선 판단 모듈(330)을 더 구비한 점이 상이하고, 나머지 구성은 동일하므로, 전압 처리부(100), 전류 처리부(200), 제1 정류 회로부(110), 제2 정류 회로부(210), 전압 A/D 변환부(120), 전류 A/D 변환부(220), 전류 극성 검출부(230)에 대한 설명은 생략한다.
전압 처리부(100)는 전력선과 연결되며 전력선으로부터 전압을 입력 받아서 전압 신호를 검출하여 정류한다. 전압 처리부(100)는 전력선으로부터 입력 받은 전압으로 본 발명의 양방향 DC 전력량계에 전원을 공급하면서, 전력선의 전압 신호를 검출하여 정류한다.
전압 처리부(100)에 입력되어 정류 처리된 전압 신호는, 제1 정류 회로부(110)에 의해 원래의 극성에 관계없이 모두 (+) 극성으로 정류되어 출력되므로, 본 발명의 양방향 DC 전력량계가 전력선에 정상 결선되어 있는 지, 또는 극성이 바뀐 채로 역결선되어 있는 지 판단할 수 없다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계는, 전압 처리부(100)의 정상결선 또는 역결선 여부를 판단하기 위해, 제1 정류 회로부(110)와 연결 형성되어, 제1 정류 회로부(110)에 흐르는 전류의 방향(극성)으로부터 전압의 극성을 검출하는 전압 극성 검출부(130)를 구비한다.
전압 극성 검출부(130)는 전류 극성 검출부(230)와 유사하게 다이오드 브릿지 상의 어느 한 노드(예를 들어, 도 5의 A노드 참조)에서 분기되어 제1 정류 회로부(110)와 연결 형성된다. 전압 극성 검출부(130)는 노드 A에서 분기되어 흐르는 전류가 순방향이면 High 신호를 생성하고, 역방향이면 Low 신호를 생성하여 제어부(300)의 역결선 판단모듈(330)로 전송한다. 순방향인 경우, 전압 극성 검출부(130)는 양의 값을 출력하여 High 신호를 생성하고, 역방향인 경우 “0”을 출력하여 Low 신호를 생성한다.
전압 극성 검출부(130)는 전류의 극성을 판단할 수 있는 모든 종류의 회로를 사용할 수 있으며, 예를 들어 다이오드일 수 있다. 전압 극성 검출부(130)가 다이오드일 경우, 순방향 전류이면 출력값이 (+)인 High 신호를 생성하고, 역방향 전류이면 출력값이 0이므로, Low 신호를 생성한다.
제어부(300)의 역결선 판단모듈(330)은 전압 극성 검출부(130)에서 생성된 신호가 High인 경우, 정상결선으로 판단하고, 생성된 신호가 Low인 경우, 역결선으로 판단한다.
도 7은 전압 극성 검출부(130) 및 전류 극성 검출부(230)의 검출 결과를 이용하여 제어부(300)에서 본 발명의 양방향 DC 전력량계의 역결선 여부 및 이에 따른 송수전 판단 결과가 도시된 표이다.
도 7에서 V는 전압 극성 검출부(130), I는 전류 극성 검출부(230)를 의미하며, H는 검출 결과가 High, L은 검출 결과가 Low인 것을 의미한다.
제어부(300)의 역결선 판단모듈(330)는 전압 극성 검출부(130)의 검출 결과가 H이면 정상결선으로, L이면 역결선으로 판단한다.
송수전 판단모듈(320)은 역결선 판단모듈(330)의 판단 결과와 연계하여 전류 극성 검출부(230)의 검출 결과를 이용하여 송전 또는 수전 여부를 판단한다. 즉, 정상결선인 상태에서, 전류 극성 검출부(230)의 검출 결과가, H이면 수전 전력으로 판단하고, L이면 송전 전력으로 판단한다. 역결선인 상태에서, 전류 극성 검출부(230)의 검출 결과가, H이면 송전 전력으로 판단하고, L이면 수전 전력으로 판단한다.
상기와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 DC 전력량계에 의하면, 하나의 장치로, 정상결선 또는 역결선 여부를 알려줄 수 있으며, 역결선 여부 및 이에 따른 송수전 판단 결과를 알려주어서 수전 전력과 송전 전력을 구별할 수 있게 되어, 정확한 요금 산정이 용이하다는 효과가 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 전압 처리부 200 : 전류 처리부
110 : 제1 정류 회로부 210 : 제2 정류 회로부
120 : 전압 A/D 변환부 220 : 전류 A/D 변환부
130 : 전압 극성 검출부 230 : 전류 극성 검출부
300 : 제어부 310 : 전력 연산모듈
320 : 송수전 판단모듈 330 : 역결선 판단모듈
400 : 표시부 500 : 통신부

Claims (6)

  1. 전력선으로부터 전압 신호를 검출하여 정류하며, 상기 전력선으로부터 검출된 전압 신호를 직류 신호로 정류하는 제1 정류 회로부를 포함하는 전압 처리부;
    상기 전력선으로부터 전류 신호를 검출하여 정류하며, 상기 전력선으로부터 검출된 전류 신호를 직류 신호로 정류하는 제2 정류 회로부를 포함하는 전류 처리부;
    상기 제2 정류 회로부와 연결 형성되어, 상기 제2 정류 회로부에 흐르는 전류의 방향으로부터 상기 전류 신호의 극성을 검출하는 전류 극성 검출부;
    상기 제1 정류 회로부와 연결 형성되어, 상기 제1 정류 회로부에 흐르는 전류의 방향으로부터 상기 전압 신호의 극성을 검출하는 전압 극성 검출부;
    상기 전압 처리부 및 전류 처리부에서 출력된 전압 신호 및 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 및,
    상기 A/D 변환부에서 변환된 디지털 신호를 이용하여 전력량을 산출하는 전력 연산모듈과, 상기 전류 극성 검출부에서 검출된 상기 전류 신호의 극성을 이용하여 송전 또는 수전 여부를 판단하는 송수전 판단모듈과, 상기 전압 극성 검출부에서 검출된 상기 전압 신호의 극성을 이용하여 정상결선 또는 역결선 여부를 판단하는 역결선 판단모듈을 포함하는 제어부
    를 포함하는 양방향 DC 전력량계.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 송수전 판단모듈은,
    상기 역결선 판단모듈의 판단 결과와 연계하여 상기 전류 극성 검출부의 검출 결과를 이용하여 송전 또는 수전 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 양방향 DC 전력량계.
KR1020160156429A 2016-11-23 2016-11-23 양방향 dc 전력량계 KR101828064B1 (ko)

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