KR101868390B1 - 전력량계, 전력량계 관리 장치 및 전력량 측정 방법 - Google Patents

전력량계, 전력량계 관리 장치 및 전력량 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력량계에 관한 것이다. 본 발명의 전력량계는 접촉 노드에 연결되고, 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류를 감시하는 감지 회로, 감지 회로의 감지 결과를 디지털 신호로 변환하는 변환기, 디지털 신호에 기반하여, 접촉 노드와 부하가 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 것을 검출하는 신호 처리기, 그리고 부하가 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 정보를 외부 장치로 보고하는 통신기를 포함한다.

Description

전력량계, 전력량계 관리 장치 및 전력량 측정 방법{WATT-HOUR METER, WATT-HOUR METER MANAGEMENT DEVICE, MEASURING METHOD OF WATTAGE}
본 발명은 전기 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전력량계, 전력량계 관리 장치 및 전력량 측정 방법에 관한 것이다.
전력량계는 전력량계를 통해 흐르는 전압 또는 전류를 이용하여 전력량을 측정한다. 전력량계는 사용자가 컴퓨터, 텔레비전 등과 같은 다양한 전기 장치들 또는 전자 장치들을 사용할 때에 소비되는 전력량을 측정한다. 통상적으로, 전력량계는 전기 서비스 제공자가 사용자에게 전기 요금을 부과하는 자료로 사용되어 왔다.
통상적인 전력량계는 사용자가 소비하는 전체 전력량 및 전체 전력량의 변동만을 보여줄 뿐, 사용자가 어느 시간대에 어느 종류의 전기 장치 또는 전기 장치를 사용하여 어느 정도의 전력량을 소비하는지에 대한 구체적인 자료를 제공할 수 없다. 따라서, 통상적인 전력량계는 사용자가 소비하는 전력량을 식별하고, 전력량의 소비 패턴을 조절하는 근거로 사용되기에 충분한 정보를 제공하지 않는다. 따라서, 사용자의 전력량의 소비 패턴에 대한 더 상세한 정보를 제공할 수 있는 전력량계, 전력량계 관리 장치 및 전력량 측정 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 전력량 소비 패턴의 정보를 제공할 수 있는 전력량계, 전력량계 관리 장치 및 전력량 측정 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력량계는 접촉 노드에 연결되고, 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류를 감시하는 감지 회로, 감지 회로의 감지 결과를 디지털 신호로 변환하는 변환기, 디지털 신호에 기반하여, 접촉 노드와 부하가 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 것을 검출하는 신호 처리기, 그리고 부하가 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 정보를 외부 장치로 보고하는 통신기를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력량계 관리 장치는 외부 장치로부터 부하가 연결 또는 분리되는 시간 정보 및 주파수 대역 성분 정보를 수신하는 통신기, 부하가 연결 또는 분리되는 시간 정보 및 주파수 대역 성분 정보를 저장하는 데이터베이스, 부하의 종류에 따른 고조파 성분 정보를 저장하는 라이브러리, 그리고 고조파 성분 정보 및 주파수 대역 성분 정보를 비교하여, 시간 정보와 연관되어 연결 또는 분리되는 부하의 종류를 식별하는 부하 판단 블록을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전력량 측정 방법은 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류를 감지하는 단계, 전압 또는 전류의 감지 결과로부터 접촉 노드와 부하가 전기적으로 연결되는 시간 또는 전기적으로 분리되는 시간을 검출하는 단계, 전압 또는 전류의 주파수 대역 성분들을 이용하여 부하의 종류를 식별하는 단계, 그리고 식별된 부하의 종류 및 전압 또는 전류의 소비 전력에 기반하여 부하별 전력 사용량을 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 전력량 소비 패턴의 정보를 제공할 수 있는 전력량계, 전력량계 관리 장치 및 전력량 측정 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력량 계측 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력량 측정 방법의 제1 예를 보여준다.
도 3은 하나의 부하가 전기적으로 연결될 때에 전류가 변화하는 예를 보여준다.
도 4는 부하들의 유효 성분들 및 무효 성분들의 벡터들의 예를 보여준다.
도 5는 부하가 접촉 노드를 통해 전원을 공급받는 상태에서 부하가 접촉 노드와 전기적으로 더 연결될 때에, 접촉 노드를 통해 공급되는 전압 또는 전류의 벡터의 변화를 보여준다.
도 6은 부하가 연결된 때에 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들의 예를 보여준다.
도 7은 부하가 연결된 때에 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들의 예를 보여준다.
도 8은 부하들이 연결된 때에 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들의 예를 보여준다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전력량 측정 방법의 제2 예를 보여준다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전력량 계측 시스템(10)을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전력량 계측 시스템(10)은 전원부(100), 부하부(200), 전력량계(300), 그리고 전력량계 관리 장치(400)를 포함한다.
전원부(100)는 사용자의 주변, 예를 들어 주택 또는 사무실 등에 설치되며, 사용자에게 전원을 공급할 수 있다. 전원부(100)는 전원 노드(110) 및 접촉 노드(120)를 포함한다. 전원 노드(110)는 시스템 전원이 공급되는 시작 노드일 수 있다. 접촉 노드(120)는 전원 노드(110)와 부하부(200) 사이에 제공되며, 전력량계(300)가 전압 또는 전류를 측정하는 노드일 수 있다. 예를 들어, 전원부(100)는 주택 또는 사무실의 메인 차단기에 설치될 수 있다.
부하부(200)는 전원 노드(110)로부터 접촉 노드(120)를 통해 전원을 공급받는 다양한 부하들(201~20n)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부하들(201~20n)은 개인용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 텔레비전, 세탁기 등과 같은 다양한 생활 전기 또는 전자 장치들을 포함할 수 있다.
전력량계(300)는 접촉 노드(120)를 통해 부하들(201~20n)로 전달되는 전압 또는 전류를 측정하고, 전력량을 측정할 수 있다. 전력량계(300)는 또한 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 유효 또는 무효 전류 또는 전압을 측정할 수 있다. 전력량계(300)는 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들을 검출 또는 계산할 수 있다. 전력량계(300)는 감지 회로(310), 변환기(320), 신호 처리기(330), 시계(340), 메모리(350), 스토리지(360), 그리고 통신기(370)를 포함한다.
감지 회로(310)는 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류를 감지하고, 감지된 전압 또는 전류를 변환기(320)로 전달할 수 있다. 변환기(320)는 감지된 전압 또는 전류를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 변환된 디지털 신호는 신호 처리기(330)로 전달된다.
신호 처리기(330)는 변환기(320)로부터 전달되는 디지털 신호를 관찰할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(330)는 전압 또는 전류를 가리키는 디지털 신호의 시간의 흐름에 따른 변화를 관찰할 수 있다. 신호 처리기(330)는 전압 또는 전류를 가리키는 디지털 신호로부터 유효 성분(예를 들어 유효 전압 또는 유효 전류) 및 무효 성분(예를 들어 무효 전압 또는 무효 전류)을 검출(또는 계산)할 수 있다. 신호 처리기(330)는 유효 성분 및 무효 성분을 이용하여 동위상 및 직교위상 평면에서 벡터를 계산할 수 있다. 신호 처리기(330)는 계산된 벡터의 변화를 관찰할 수 있다. 신호 처리기(330)는 디지털 신호의 시간의 흐름에 따른 변화 또는 벡터의 변화에 기반하여, 부하들(201~20n) 중 적어도 하나가 접촉 노드와 전기적으로 연결(예를 들어 파워 온)되는지 또는 분리되는지(예를 들어 파워 오프)를 검출할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(330)는 메모리(350)를 동작 메모리로 사용하여 전기적 분리 또는 연결을 검출할 수 있다. 신호 처리기(330)는 전기적 분리 또는 연결에 대한 정보를 스토리지(360)에 저장할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(330)는 시계(340)를 이용하여 전기적 연결 또는 분리가 발생하는 시간의 정보를 획득하고, 전기적 연결 또는 분리가 발생한 시간의 정보를 스토리지(360)에 더 저장할 수 있다.
신호 처리기(330)는 또한 디지털 신호로부터 주파수 성분들을 계산할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(330)는 빠른 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하여 주파수 성분들을 계산할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(330)는 메모리(350)를 동작 메모리로 사용하여 주파수 성분들을 계산하고, 주파수 성분들에 대한 정보를 스토리지(360)에 저장할 수 있다.
신호 처리기(330)는 또한 디지털 신호를 이용하여 전력량을 계산할 수 있다. 신호 처리기(330)는 시간대별 소비 전력량 또는 시간의 흐름에 따른 소비 전력량의 변화를 스토리지(360)에 저장할 수 있다.
시계(340)는 전력량계(300)에 지역적 또는 전역적 시간을 제공하는 실시간 시계일 수 있다. 메모리(350)는 신호 처리기(330)가 다양한 연산을 수행하는 데에 동작 메모리로 사용될 수 있다. 스토리지(360)는 신호 처리기(330)에 의해 계산된 다양한 정보들을 저장할 수 있다.
통신기(370)는 스토리지(360)에 저장된 정보를 유선 또는 무선 통신을 통해 전력량계 관리 장치(400)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 통신기(370)는 시계(340)로부터 시간을 획득하고, 특정한 시간 주기가 경과할 때마다 스토리지(360)에 새로이 저장된 정보를 전력량계 관리 장치(400)로 전송할 수 있다. 다른 예로서, 통신기(370)는 스토리지(360)에 축적된 정보의 용량이 문턱 용량에 도달하면, 스토리지(360)에 축적된 정보를 전력량계 관리 장치(400)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 통신기(370)는 전기적 연결 또는 분리가 발생한 정보, 전기적 연결 또는 분리가 발생한 시간의 정보, 주파수 성분들의 정보, 또는 전력량에 대한 정보를 전력량계 관리 장치로 전송할 수 있다. 통신기(370)에 의해 전송된 정보는 스토리지(360)로부터 삭제될 수 있다. 예를 들어, 통신기(370)는 전력량계 관리 장치(400)로부터 전달되는 명령에 따라, 정보를 전송하는 시간 주기 또는 문턱 용량을 조절할 수 있다.
전력량계 관리 장치(400)는 전력량계(300)로부터 정보를 수신하고, 정보를 이용하여 사용자의 전력 소비 패턴을 계산할 수 있다. 전력량계 관리 장치(400)는 통신기(410), 데이터베이스(420), 라이브러리(430), 그리고 부하 판단 블록(440)을 포함한다.
통신기(400)는 전력량계(300)의 통신기(370)와 유선 또는 무선 통신을 통해 통신할 수 있다. 통신기(400)는 전력량계(300)의 통신기(370)로부터 전기적 연결 또는 분리가 발생한 정보, 전기적 연결 또는 분리가 발생한 시간의 정보, 주파수 성분들의 정보, 또는 전력량에 대한 정보를 수신할 수 있다. 수신된 정보는 데이터베이스(420)에 저장될 수 있다. 예시적으로, 도 1에서, 통신기(410)는 하나의 전력량계(300)로부터 정보를 수신하는 것으로 도시되어 있다. 그러나 통신기(410)는 둘 또는 그보다 많은 전력량계들로부터 정보를 수신하고, 수신된 정보를 데이터베이스(420)에 저장할 수 있다.
데이터베이스(420)는 전력량계(300)로부터 수신되는 전기적 연결 또는 분리가 발생한 정보, 전기적 연결 또는 분리가 발생한 시간의 정보, 주파수 성분들의 정보, 또는 전력량에 대한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 전력량계 관리 장치(400)가 둘 또는 그보다 많은 전력량계들로부터 정보를 수신하는 경우, 데이터베이스(420)는 전력량계별로 정보를 저장하고 관리할 수 있다.
라이브러리(430)는 부하들(201~20n)의 종류에 따른 전력 소비 특성의 정보를 저장하는 스토리지일 수 있다. 예를 들어, 라이브러리(430)는 부하들(201~20n)의 종류에 따른 고조파들(harmonics)에 대한 정보를 저장할 수 있다.
부하 판단 블록(440)은 데이터베이스(420)에 전력량계(300)의 정보를 라이브러리(4300에 저장된 정보와 비교하여 전기적으로 연결 또는 분리된 부하의 종류를 식별할 수 있다. 예를 들어, 부하 판단 블록(440)은 데이터베이스(420)에 저장된 주파수 성분들의 정보를 라이브러리(430)에 저장된 고조파들의 정보와 비교하고, 비교 결과에 따라 전기적으로 연결 또는 분리된 부하의 종류를 식별할 수 있다.
부하 판단 블록(440)은 전기적 연결 또는 분리가 발생한 전후의 전력량을 비교하여, 식별된 부하의 전력량을 검출(또는 계산)할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 부하 판단 블록(440)은 접촉 노드(120)를 통해 전원을 공급받는 부하들(201~20n) 각각이 파워 온 또는 파워 오프되는 시간들을 검출하고, 부하들(201~20n) 각각이 파워 온 된 동안에 소비한 전력량을 계산할 수 있다.
전력량계 관리 장치(400)는 부하별 소비 전력량, 부하별 전력을 주로 소비하는 시간대 등과 같은 다양한 정보들을 획득하고, 획득된 전력 소비 패턴 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 전력량계 관리 장치(400)는 획득된 전력 소비 패턴 정보를 통신기(400)를 이용하여 전력량계(300)에 제공할 수 있다. 전력량계(300)는 전력 소비 패턴 정보를 표시하는 표시기(미도시)를 더 포함하고, 표시기를 이용하여 전력 소비 패턴 정보를 사용자에게 표시할 수 있다. 다른 예로서, 전력량계 관리 장치(400)는 전력 소비 패턴 정보를 표시하는 표시기(미도시)를 더 포함하고, 표시기를 이용하여 전력 소비 패턴 정보를 사용자에게 표시할 수 있다. 다른 예로서, 전력량계 관리 장치(400)는 획득된 전력 소비 패턴 정보를 통신기(400)를 이용하여 사용자의 표시 단말로 전달할 수 있다. 예를 들어, 표시 단말은 주택 또는 사무실에 설치 또는 배치되는 표시 전용 단말, 또는 컴퓨터 또는 텔레비전과 같은 범용 표시 단말을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전력량 측정 방법의 제1 예를 보여준다. 예시적으로, 전력량 측정 방법에서 전력량계(300)에 의해 수행되는 절차가 도 2에 도시된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, S110 단계에서, 전력량계(300), 더 상세하게는 감지 회로(310)는 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류를 감지한다. 감지된 전압 또는 전류는 변환기(320)를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다.
S120 단계에서, 전력량계(300)는 전압 또는 전류의 감지 결과로부터, 접촉 노드와 부하가 전기적으로 연결되는 시간 또는 전기적으로 분리되는 시간을 검출한다. 예를 들어, 신호 처리기(330)는 전압 또는 전류의 시간의 흐름에 따른 변화로부터, 또는 전압 또는 전류의 유효 성분 또는 무효 성분의 벡터의 변화로부터 전기적 연결 또는 분리를 검출할 수 있다. 신호 처리기(330)는 시계(340)를 이용하여 전기적 연결 또는 분리의 시간을 검출할 수 있다.
S130 단계에서, 전력량계(300), 더 상세하게는 통신기(370)는 접촉 노드와 부하가 전기적으로 연결되는 시간 또는 전기적으로 분리하는 시간을 보고할 수 있다. 예를 들어, 통신기(370)는 전압 또는 전류의 주파수 성분들, 그리고 전력량의 정보를 함께 보고할 수 있다.
도 3은 하나의 부하가 전기적으로 연결될 때에 전압(V) 및 전류(I)가 변화하는 예를 보여준다. 도 3에서, 가로축은 시간(t)을 가리키고, 세로축은 전압(V) 또는 전류(I)를 가리킨다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 시간(T1)에 하나의 부하(예를 들어, 201)가 파워 온될 수 있다. 부하(201)가 접촉 노드(120)로부터 전원을 공급받기 시작할 때, 전압(V)의 언더슛이 발생하고, 전류(I)의 오버슛이 발생할 수 있다. 전압(V)의 언더슛이 발생하고 전류(I)의 오버슛이 발생하는 제1 시간(T1) 및 제2 시간(T2) 사이의 구간은 제1 과도 구간(TI1)일 수 있다.
제3 시간(T3)에 부하(201)가 파워 오프될 수 있다. 부하(201)에 대한 전원 공급이 중단될 때, 전압(V)의 언더슛이 발생하고 전류(I)의 오버슛이 발생할 수 있다. 전압(V)의 언더슛이 발생하고 전류(I)의 오버 슛이 발생하는 제3 시간(T3) 및 제4 시간(T4) 사이의 구간은 제2 과도 구간(TI2)일 수 있다.
신호 처리기(330)는 시간의 흐름에 따라 전압(V) 또는 전류(I)를 관찰하고, 전압(V)의 언더슛이 발생하는지 또는 전류(I)의 오버슛이 발생하는지에 따라, 즉 과도 구간이 발생하는지에 따라 부하(201)가 전기적으로 연결 또는 분리되는지 판별할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(330)는 전압(V) 또는 전류(I)의 변화량이 문턱 이상인지, 또는 전압(V) 또는 전류(I)의 변화율이 문턱 이상인지에 따라 과도 구간을 식별할 수 있다. 예를 들어, 과도 구간의 전후에 전력량이 증가하면, 신호 처리기(330)는 부하(201)의 연결을 식별할 수 있다. 과도 구간의 전후에 전력량이 감소하면, 신호 처리기(330)는 부하(201)의 분리를 식별할 수 있다.
도 4는 부하들(201, 202)의 유효 성분들 및 무효 성분들의 벡터들의 예를 보여준다. 도 4에서, 가로축은 동위상(P) 성분을 가리키고, 세로축은 직교위상(Q) 성분을 가리킨다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 부하들(201~20n)이 접촉 노드(120)와 전기적으로 연결되거나 분리될 수 있다. 부하들(201~20n)은 내부 회로들의 특성에 따라 서로 다른 유효 성분들 및 무효 성분들을 가질 수 있다. 즉, 부하들(201~20n)로 공급되는 전압들 또는 전류들은 유효 성분 및 무효 성분의 평면에서 서로 다른 벡터들로 나타날 수 있다.
벡터(201_ON)는 부하(201)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 연결될 때, 즉 부하(201)가 파워 온될 때의 전압 또는 전류의 변화를 보여준다. 벡터(201_OFF)는 부하(201)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 분리될 때, 즉 부하(201)가 파워 오프될 때의 전압 또는 전류의 변화를 보여준다. 벡터(202_ON)는 부하(202)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 연결될 때, 즉 부하(202)가 파워 온될 때의 전압 또는 전류의 변화를 보여준다. 벡터(202_OFF)는 부하(202)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 분리될 때, 즉 부하(202)가 파워 오프될 때의 전압 또는 전류의 변화를 보여준다.
도 5는 부하(201)가 접촉 노드(120)를 통해 전원을 공급받는 상태에서 부하(202)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 더 연결될 때에, 접촉 노드(120)를 통해 공급되는 전압 또는 전류의 벡터의 변화를 보여준다. 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 부하(201)가 접촉 노드(120)로부터 전원을 공급받을 때에, 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류는 부하(201)의 벡터(201_ON)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 부하(201)의 벡터(201_ON)는 제1 각(θ1)을 가질 수 있다.
부하(202)가 접촉 노드(120)에 더 연결되면, 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 벡터는 부하(201)의 벡터(201_ON)에 부하(202)의 벡터(202_ON)를 더한 것으로 변화할 수 있다. 벡터(202_ON)는 제2 각(θ2)을 가질 수 있다. 벡터들(201_ON, 202_ON)을 합한 결과는 총 벡터(L_TAL)로 나타난다. 총 벡터(L_TAL)는 제1 각(θ1)과 제2 각(θ2)의 합을 2로 나눈 각을 가질 수 있다.
신호 처리기(330)는 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 벡터가 변화할 때에, 부하의 연결 또는 분리가 발생한 것을 검출할 수 있다. 예를 들어, 벡터가 변화하는 전후에 전력량이 증가하면, 신호 처리기(330)는 부하의 연결을 식별할 수 있다. 과도 구간의 전후에 전력량이 감소하면, 신호 처리기는 부하(201)의 분리를 식별할 수 있다.
도 6은 부하(201)가 연결된 때에 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들의 예를 보여준다. 도 6에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 크기를 나타낸다. 도 1 및 도 6을 참조하면, 부하(201)의 주파수 성분들은 기본 주파수(f1) 및 7차 고조파(f7)에 해당하는 성분들을 대세적(dominant)인 주파수 성분들로 가질 수 있다.
도 7은 부하(202)가 연결된 때에 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들의 예를 보여준다. 도 7에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 크기를 나타낸다. 도 1 및 도 7을 참조하면, 부하(202)의 주파수 성분들은 기본 주파수(f1) 및 3차 고조파(f3)에 해당하는 성분들을 대세적(dominant)인 주파수 성분들로 가질 수 있다.
도 8은 부하들(201, 202)이 연결된 때에 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들의 예를 보여준다. 도 8에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 크기를 나타낸다. 도 1 및 도 8을 참조하면, 부하들(201, 202)이 연결된 때에 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들은 부하(201)의 주파수 성분들(도 6) 및 부하(202)의 주파수 성분들(도 7)의 합으로 나타난다.
예시적으로, 부하들(201~20n)의 종류에 따라 주파수 성분들의 특성들이 다르게 나타난다. 예를 들어, 전력 변환 장치는 전력 소자에서 사용되는 스위칭 주파수 부근에서 대세적인 고조파들을 갖는다. 변압기는 히스테리시스 현상에 의해 발생하는 3차 고조파 성분을 대세적으로 가질 수 있다. 형광등과 같은 점들 회로는 점들 회로의 특성에 의해 결정되는 고조파 성분을 대세적으로 갖는다. 부하들의 종류들에 따른 대세적인 고조파 성분들의 정보는 라이브러리(430)에 저장될 수 있다.
부하 판단 블록(440)은 데이터베이스(420)에 저장된 정보에 기반하여, 전기적 연결 후에 어느 고조파 성분이 추가되는지 또는 전기적 분이 후에 어느 고조파 성분이 제거되는지 식별할 수 있다. 부하 판단 블록(440)은 추가된 고조파 성분 또는 제거된 고조파 성분을 라이브러리(430)에 저장된 주파수 성분들의 정보와 비교할 수 있다. 부하 판단 블록(440)은 비교 결과에 따라 전기적으로 연결된 부하의 종류 또는 전기적으로 분리된 부하의 종류를 식별할 수 있다.
예를 들어, 라이브러리(430)는 부하(201)가 도 6의 주파수 성분들에 대응하고, 부하(202)가 도 7의 주파수 성분들에 대응함을 저장할 수 있다. 접촉 노드(120)를 통해 전달되는 전압 또는 전류의 주파수 성분들이 도 6으로부터 도 8로 변화한 때에, 부하 판단 블록(440)은 부하(202)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 연결되었음을 식별할 수 있다. 주파수 성분들이 도 7로부터 도 8로 변화한 때에, 부하 판단 블록(440)은 부하(201)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 연결되었음을 식별할 수 있다. 주파수 성분들이 도 8로부터 도 6으로 변화한 때에, 부하 판단 블록(440)은 부하(202)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 분리되었음을 식별할 수 있다. 주파수 성분들이 도 8로부터 도 7로 변화한 때에, 부하 판단 블록(440)은 부하(201)가 접촉 노드(120)와 전기적으로 분리되었음을 식별할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 전력량 측정 방법의 제2 예를 보여준다. 예시적으로, 전력량 측정 방법에서 전력량계 관리 장치(400)에 의해 수행되는 절차가 도 9에 도시된다.
도 1 및 도 9를 참조하면, S210 단계에서, 전력량계 관리 장치(400)는 접촉 노드(120)와 부하가 전기적으로 연결되는 시간 또는 전기적으로 분리되는 시간을 데이터베이스(420)에 저장할 수 있다. 전력량계 관리 장치(400)는 전기적 연결 또는 분리의 시간, 주파수 성분들, 그리고 전력량의 정보를 데이터베이스(420)에 저장할 수 있다.
S220 단계에서, 전력량계 관리 장치(400)는 접촉 노드(120)와 전기적으로 연결 또는 분리되는 부하를 식별할 수 있다. 부하 판단 블록(440)은 데이터베이스(420)에 저장된 정보를 라이브러리(430)에 저장된 정보와 비교하여, 전기적으로 연결 또는 분리되는 부하를 식별할 수 있다.
S230 단계에서, 전력량계 관리 장치(400)는 부하별 전력 사용량을 제공할 수 있다. 예를 들어, 부하 판단 블록(440)은 식별된 부하의 연결 전후 또는 분리 전후의 전력량의 변화에 따라, 식별된 부하의 소비 전력량을 계산할 수 있다. 전력량계 관리 장치(400)는 식별된 부하별 전력량의 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 전력량계를 통해 공급되는 전압 또는 전류를 관찰하는 것에 의해, 전원을 공급받는 부하들의 부하별 소비 전력량이 계산된다. 부하들 각각에 전력량 계산 장치 및 전력량을 보고하는 통신 장치를 구비하지 않고도, 전력량계만을 이용하여 부하별 소비 전력량이 획득된다. 따라서, 사용자에게 더 구체적인 정보를 전달할 수 있으며, 사용자가 전력 소비 패턴을 조절하는 것을 지원할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10; 전력량 계측 시스템
100; 전원부
110; 전원 노드
120; 접촉 노드
200; 부하부
201~20n; 부하들
300; 전력량계
310; 감지 회로
320; 변환기
330; 신호 처리기
340; 시계
350; 메모리
360; 스토리지
370; 통신기
400; 전력량계 관리 장치
410; 통신기
42; 데이터베이스
430; 라이브러리
440; 부하 판단 블록

Claims (20)

  1. 둘 이상의 부하들에 전원을 공급하도록 구성되는 접촉 노드에 연결되고, 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류를 감지하는 감지 회로;
    상기 감지 회로의 감지 결과를 디지털 신호로 변환하는 변환기;
    상기 디지털 신호에 기반하여, 상기 전압 또는 전류가 문턱 이상 변화할 때에 상기 둘 이상의 부하들 중 적어도 하나의 부하가 상기 접촉 노드와 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 것을 검출하는 신호 처리기; 그리고
    상기 적어도 하나의 부하가 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 시간 및 전력량에 대한 정보를 외부 장치로 보고하는 통신기를 포함하고,
    상기 신호 처리기는 상기 적어도 하나의 부하가 상기 접촉 노드와 전기적으로 연결 또는 분리될 때의 과도 구간에서 상기 전압 또는 상기 전류의 변화에 기반하여 상기 부하의 연결 또는 분리를 검출하고,
    상기 신호 처리기는 상기 접촉 노드를 통해 전달되는 상기 전압 또는 상기 전류를 동위상 성분 및 직각위상 성분의 벡터로 계산하고, 상기 벡터의 변화에 기반하여 상기 적어도 하나의 부하의 연결 또는 분리를 검출하고,
    상기 신호 처리기는 상기 전압 또는 상기 전류의 주파수 대역 성분들을 검출하여 상기 부하의 연결 또는 분리를 검출하고,
    그리고 상기 통신기는 상기 주파수 대역 성분들을 더 보고하고,
    상기 주파수 대역 성분들은 기본 주파수 성분 및 고조파 성분들을 포함하는 전력량계.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    실시간 시계를 더 포함하고,
    상기 통신기는 상기 실시간 시계를 이용하여 상기 적어도 하나의 부하가 연결된 시간 또는 분리된 시간을 보고하는 전력량계.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신기는 유선 또는 무선 통신을 통해 상기 적어도 하나의 부하가 연결 또는 분리되는 정보를 보고하는 전력량계.
  8. 제1항에 있어서,
    스토리지를 더 포함하고,
    상기 신호 처리기는 상기 적어도 하나의 부하가 연결 또는 분리되는 시간 및 상기 전력량에 대한 정보를 상기 스토리지에 저장하고,
    상기 통신기는 상기 스토리지에 저장된 상기 적어도 하나의 부하가 연결 또는 분리되는 시간 및 상기 전력량에 대한 정보를 보고하는 전력량계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 통신기는 주기적으로 상기 적어도 하나의 부하가 연결 또는 분리되는 시간 및 상기 전력량에 대한 정보를 보고하는 전력량계.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 통신기는 상기 적어도 하나의 부하가 연결 또는 분리되는 시간 및 상기 전력량에 대한 정보의 누적 용량이 문턱 값에 도달하면 상기 적어도 하나의 부하가 연결 또는 분리되는 시간 및 상기 전력량에 대한 정보를 보고하는 전력량계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 통신기는 전력 소비 패턴에 대한 정보를 상기 외부 장치로부터 수신하도록 구성되고,
    상기 소비 패턴에 대한 정보를 표시하도록 구성되는 표시기를 더 포함하는 전력량계.
  12. 부하들로 공급되는 전력량을 측정하는 전력량계; 그리고
    상기 전력량계와 연관되어 동작하는 전력량계 관리 장치를 포함하고,
    상기 전력량계는,
    상기 부하들에 전원을 공급하도록 구성되는 접촉 노드에 연결되고, 접촉 노드를 통해 전달되는 전압 또는 전류를 감지하는 감지 회로;
    상기 감지 회로의 감지 결과를 디지털 신호로 변환하는 변환기;
    상기 디지털 신호에 기반하여, 상기 전압 또는 전류가 문턱 이상 변화할 때에 상기 부하들 중 적어도 하나의 부하가 상기 접촉 노드와 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 것을 검출하는 신호 처리기; 그리고
    상기 적어도 하나의 부하가 전기적으로 연결되거나 또는 전기적으로 분리되는 시간 정보 및 상기 전압 또는 전류의 주파수 대역 성분 정보를 상기 전력량계 관리 장치로 보고하는 제1 통신기를 포함하고,
    상기 신호 처리기는 상기 적어도 하나의 부하가 상기 접촉 노드와 전기적으로 연결 또는 분리될 때의 과도 구간에서 상기 전압 또는 상기 전류의 변화에 기반하여 상기 부하의 연결 또는 분리를 검출하고,
    상기 신호 처리기는 상기 접촉 노드를 통해 전달되는 상기 전압 또는 상기 전류를 동위상 성분 및 직각위상 성분의 벡터로 계산하고, 상기 벡터의 변화에 기반하여 상기 적어도 하나의 부하의 연결 또는 분리를 검출하고,
    상기 신호 처리기는 상기 전압 또는 상기 전류의 주파수 대역 성분들을 검출하여 상기 부하의 연결 또는 분리를 검출하고,
    그리고 상기 통신기는 상기 주파수 대역 성분들을 더 보고하고,
    상기 주파수 대역 성분들은 기본 주파수 성분 및 고조파 성분들을 포함하고,
    상기 전력량계 관리 장치는,
    상기 전력량계로부터 상기 시간 정보 및 상기 주파수 대역 성분 정보를 수신하는 제2 통신기;
    상기 시간 정보 및 상기 주파수 대역 성분 정보를 저장하는 데이터베이스;
    부하의 종류에 따른 고조파 성분 정보를 저장하는 라이브러리; 그리고
    상기 고조파 성분 정보 및 상기 주파수 대역 성분 정보를 비교하여, 상기 시간 정보와 연관되어 연결 또는 분리되는 상기 적어도 하나의 부하의 종류를 식별하는 부하 판단 블록을 포함하는 전력량계 관리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 통신기는 소비 전력을 상기 전력량계 관리 장치로 더 보고하고,
    상기 제2 통신기는 상기 소비 전력을 더 수신하여 상기 데이터베이스에 저장하고,
    상기 부하 판단 블록은 상기 소비 전력, 상기 식별된 부하의 종류, 그리고 상기 적어도 하나의 부하가 연결 또는 분리되는 시간 정보에 기반하여 부하별 소비 전력을 계산하는 전력량계 관리 장치.
  14. 전력량 측정 방법에 있어서:
    접촉 노드를 통해 부하들로 전달되는 전압 또는 전류를 감지하는 단계;
    상기 전압 또는 전류의 감지 결과로부터, 상기 전압 또는 상기 전류가 문턱 이상 변화할 때에 상기 부하들 중 적어도 하나의 부하가 상기 접촉 노드와 전기적으로 연결되는 시간 또는 전기적으로 분리되는 시간을 검출하는 단계;
    상기 전압 또는 전류의 주파수 대역 성분들을 이용하여 상기 적어도 하나의 부하의 종류를 식별하는 단계; 그리고
    상기 식별된 적어도 하나의 부하의 종류 및 상기 전압 또는 상기 전류의 소비 전력에 기반하여 부하별 전력 사용량을 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 전압 또는 전류의 감지 결과로부터, 상기 전압 또는 전류가 문턱 이상 변화할 때에 상기 부하들 중 적어도 하나의 부하가 상기 접촉 노드와 전기적으로 연결되는 시간 또는 전기적으로 분리되는 시간을 검출하는 단계는,
    상기 전압 또는 상기 전류의 동위상 성분 및 직교위상 성분의 벡터를 계산하는 단계; 그리고
    상기 벡터의 방향 또는 크기가 문턱 값 이상 변화하는 때의 시간을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 전압 또는 전류의 주파수 대역 성분들을 이용하여 상기 적어도 하나의 부하의 종류를 식별하는 단계는,
    상기 전압 또는 상기 전류의 기본 주파수 성분 및 고조파 성분들을 계산하는 단계; 그리고
    부하별 고조파 성분 정보를 포함하는 라이브러리와 상기 고조파 성분들을 비교하여 상기 적어도 하나의 부하의 종류를 식별하는 단계를 포함하고,
    상기 식별된 적어도 하나의 부하의 종류 및 상기 전압 또는 상기 전류의 소비 전력에 기반하여 부하별 전력 사용량을 획득하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 부하가 연결된 때의 소비 전력과 상기 적어도 하나의 부하가 분리된 때의 소비 전력을 비교하여 상기 적어도 하나의 부하의 전력 사용량을 획득하는 단계를 포함하는 전력량 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 주파수 대역 성분들은 상기 전압 또는 상기 전류가 상기 문턱 이상 변화한 후 안정화된 때에 측정되는 전력량 측정 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제14항에 있어서,
    상기 부하별 전력 사용량을 표시 장치를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 전력량 측정 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 부하별 전력 사용량을 통신기를 통해 상기 부하의 사용자에게 전달하는 단계를 더 포함하는 전력량 측정 방법.
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