KR102047873B1 - 절전형 전자식 전력량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 모뎀을 구비한 전자식 전력량계의 모뎀 전원을 제어하여 통신 모뎀에서 불필요하게 낭비되는 전력을 절감할 수 있는 절전형 전자식 전력량계에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 전류 및 전압을 측정하기 위한 측정부; 전자식 전력량계의 동작을 제어하기 위한 제어부; 제어부에 시계기능을 제공하는 RTC부; 외부 서버와의 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀; 및 전자식 전력량계에 전원을 공급하기 위한 전원공급부;를 포함하고, 통신 모뎀은 전원공급부와 독립적으로 별도로 설치된 모뎀 전용의 모뎀용 전원부로부터 전원을 공급받고, 제어부는 모뎀용 전원부를 통해 상기 모뎀을 ON 또는 OFF 하도록 구성된다.

Description

절전형 전자식 전력량계{ENERGY SAVING TYPE ELECTRICITY METER}

본 발명은 절전형 전자식 전력량계에 관한 것으로 구체적으로 가정을 포함하는 많은 수용가에서 운용되고 있는 통신모뎀을 구비한 전자식 전력량계의 모뎀 전원을 제어하여 통신모뎀에서 불필요하게 낭비되는 전력을 절감할 수 있는 절전형 전자식 전력량계에 관한 것이다.

기술의 발전으로 인하여 기계식 전력량계는 전자식 전력량계로 모두 대체되고 있는 추세이다. 또한 전자식 전력량계는 통신 기술의 발달과 함께 그 전력량계의 모든 데이터를 원격에서 취득하여 여러 방법으로 가공 운용하여 운전하고 있다. 일반적으로 이러한 전자식 전력량계는 통신을 하기 위해 모뎀이라는 통신 장치를 내부에 구비하고 있다.

이와 관련해서 대한민국 등록실용신안공보 20-0228530호는 전력선모뎀이 내장된 디지털 전력량계에 대해 개시하고 있다. 도 1은 전술한 20-0228530호에 개시된 전력선모뎀이 내장된 디지털 전력량계의 블록도이다.

상기 특허문헌은 전력량을 원격 검침할 수 있는 전력선 모뎀이 내장된 디지털 전력량계에 관한 것으로서, 보다 상세히는 각 가정에 달려 있는 전력량계의 검침을 위하여 현장 개별 검침 없이도 원격에서 간편하게 정확한 검침이 이루어질 수 있도록 하여 현장 검침으로 인한 불편 등이 없도록 한 전력량계에 대해 개시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전력량계(1) 내부에는 전력선(2)과 전기적으로 연결되고 전력선(2)의 전압을 디지털신호와 아날로그신호로 변환하고, 변환된 신호를 마이크로프로세싱장치(4)에 전송하는 저항분배기(3)와, 전력선(2)과 전기적으로 연결되고 전력선(2)의 전류를 디지털신호와 아날로그신호로 변환하고 변환된 신호를 마이크로프로세싱장치(4)에 전송하는 변류기(5)와, 저항분배기(3)와 변류기(5)의 신호를 연산하고, 그 결과를 고성능 필터회로가 내장된 전력선모뎀(6)에 전송하며, 동시에 전력사용량을 육안으로 식별할 수 있는 표시기(7)로 전송하는 마이크로프로세싱장치(4)가 장치되며, 전력선모뎀(6)은 전력선(2)과 전기적으로 연결되어 광통신케이블(8)과 연결되어 있는 수신용 전력선모뎀(9)에 마이크로프로세싱장치(4)로부터 전송받은 신호를 송신토록 함으로써 현장에서 개별검침을 하지 않고도 모뎀을 통해 전력량계의 원격 검침을 간편하게 할 수 있도록 한 것이다.

통상적으로 이와 같은 방식에서 통신 모뎀의 전원 설계 기준은 2W정도로 제한하는데 그 이유는 전자식 전력량계가 통신을 위하여 너무 많은 전력을 사용하지 못하게 하기 위함이다.

그러나 이런 통신 모뎀이 소단위로 이용되는 경우 소비 및 대기 전력으로 인한 문제점이 크지 않지만 이런 모뎀을 탑재한 전자식 전력량계의 수가 10만개, 100만개로 대단위로 넘어가고 지속적으로 대기 전력이 소비된다면 모뎀에 의해 소비되는 전력의 총합은 결코 무시할 수 없는 수준이 되어 버리는 문제점이 있다.

본 발명은 통신 모뎀이 구비된 전자식 전력량계에서 통신 모뎀의 불필요한 사용을 억제하여 무의미하게 소비되는 전력을 절약할 수 있는 절전형 전자식 전력량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일양태에 따르면 통신 모뎀을 포함하는 절전형 전자식 전력량계가 제공된다. 바람직하게 절전형 전자식 전력량계는 전류 및 전압을 측정하기 위한 측정부; 전자식 전력량계의 동작을 제어하기 위한 제어부; 상기 제어부에 시계기능을 제공하는 RTC부; 외부 서버와의 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀; 및 상기 전자식 전력량계에 전원을 공급하기 위한 전원공급부;를 포함하고, 통신 모뎀은 전원공급부와 독립적으로 별도로 설치된 모뎀 전용의 모뎀용 전원부로부터 전원을 공급받고, 제어부는 모뎀용 전원부를 통해 상기 모뎀을 ON 또는 OFF 하도록 구성된다.

전술한 양태에서 절전형 전자식 전력량계는 비휘발성 메모리를 더 포함하고, 비휘발성 메모리에는 측정부로부터 측정되는 계량 정보; 및 외부 서버로부터 수신되는 통신 모뎀을 ON 시키기 위한 차회 모뎀 ON 시각 정보가 저장된다.

또한 전술한 양태에서 제어부는 RTC로부터 계산된 시각이 메모리에 저장된 차회 모뎀 ON 시각에 도달될 때 상기 통신 모뎀을 ON시키고 메모리에 저장된 계량 정보를 외부 서버에 전송하도록 구성된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면 통신 모뎀을 포함하는 절전형 전자식 전력량계가 제공되고, 이 절전형 전자식 전력량계는 전류 및 전압을 측정하기 위한 측정부; 전자식 전력량계의 동작을 제어하기 위한 제어부; 상기 제어부에 시계기능을 제공하는 RTC부; 외부 서버와의 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀; 및 상기 전자식 전력량계에 전원을 공급하기 위한 전원공급부; 측정부로부터 측정되는 계량 정보와 상기 외부 서버로부터 수신되는 통신 모뎀을 ON 시키기 위한 차회 모뎀 ON 시각 정보가 저장되고, 제어부는, 전력량계 내의 메모리에 차회 모뎀 ON 시각이 존재하는지 여부를 판단하는 동작, 차회 모뎀 ON 시각이 존재하지 않는 경우 통신 모뎀을 ON하여 외부 서버에 접속하는 동작, 상기 외부 서버로부터 차회 모뎀 ON 시각 정보를 수신하여 메모리에 저장한 후 통신 모뎀을 OFF하는 동작, RTC로부터 계산된 시간이 수신된 차회 모뎀 ON 시각에 도달한 경우 통신 모뎀을 ON하여 다음번 모뎀을 ON하기 위한 차회 모뎀 ON 시각을 업데이트하는 동작을 수행하도록 구성된다.

본 발명에서는 모뎀이 통신하지 않은 시간에는 모뎀의 전원을 오프하여 소비 전력 및 대기 전력을 절감하고 필요시에만 모뎀의 전원을 투입하여 통신을 수행하여 모뎀이 정해진 최소 시간에만 전력을 사용하도록 함으로써 최대한의 전력 절감 효과를 볼 수 있다.

통계청에 따르면 2016년 대한민국의 총 가구수는 약 2100만 가구로 조사되었고 이 중 500만 가구가 통신가능한 전자식 전력량계를 사용한다고 가정하면, 모뎀 1개의 소비전력이 약 2W라면 대략 10MW의 소비전력을 절감할 수 있는 것으로 예측될 수 있다.

도 1은 종래의 통신 모뎀을 구비한 전자식 전력량계를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 통신 모뎀을 구비한 전자식 전력량계의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 통신 모뎀을 구비한 전자식 전력량계의 내부 구성중 전원공급부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 통신 모뎀을 구비한 전자식 전력량계의 내부 구성중 측정부의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 통신 모뎀을 구비한 전자식 전력량계의 내부 구성중 전원공급부, 모뎀용 전원부, 및 모뎀의 전력 공급 관계를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 통신 모뎀을 구비한 전자식 전력량계의 제어부의 동작을 설명하기 위한 흐름도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 통신용 모뎀을 포함한 전자식 전력량계의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 전자식 전력량계(10)는, 전원공급부(100), 전류 및 전압 등을 측정하기 위한 측정부(200), 측정된 전류 및 전압을 디지털 값으로 변환하는 AD 컨버터(300), 측정된 값을 모뎀에 전송하는 한편 전자식 전력량계를 제어하기 위한 중앙처리부(400), 모뎀(700)에 전원을 공급하기 위한 모뎀용 전원부(600), 외부의 서버(20)와 통신을 수행하는 모뎀(700)을 포함한다.

도 3은 전술한 전자식 전력량계(10)의 구성 중 전원공급부(100)의 구성을 보다 상세하게 도시한 도면이다. 전원공급부(100)는 전술한 바와 같이 상시 전원 라인(1s,2s)로부터 전원을 인가받아 전력량계의 각 회로 구성 요소에 내부 동작전원을 공급하도록 구성된다. 전원공급부(100)는 부하 라인측에 연결된 트랜스포머(110)와, 트랜스포머(110)의 출력을 직류(DC)전원으로 바꾸어서 각각의 전력공급라인(800)으로 공급하는 전원회로(120)로 이루어진다.

전술한 설명에서 전원공급부(100)가 트랜스포머를 포함하는 것을 일례로서 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 상시전원라인(1s,2s)의 교류전류(AC)를 정류한 후 그 후단에 DC-DC 컨버터를 배치하여 전력량계의 동작에 필요한 전압을 전력공급라인(800)에 제공하도록 구성될 수도 있다.

도 4는 전자식 전력량계(10)의 측정부(200)의 구성을 나타낸 도면이다. 측정부(200)는 도 4에 도시한 바와 같이 전류측정부(210)와 전압측정기(220)을 포함하고, 전류측정기의 입력은 상시 부하라인(1L,2L)에 각각 연결되어 전류를 측정하고, 전압측정기의 입력 역시 전류 측정기와 동일하게 상시 부하라인(1L,2L)에 각각 연결되어 전압을 측정하도록 구성된다.

전류 측정기(210)와 전압 측정기(220)의 출력은 AD 컨버터(300)로 입력되고 AD 컨버터를 통해 디지털 변환된 측정값은 MPU(400)로 입력된다.

전술한 실시예에서 전류 측정기(210)와 전압 측정기(220)가 독립된 구성으로서 설명되고 있지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 전류 측정기(210)와 전압 측정기(220)는 하나의 구성요소로 실시될 수 있다.

또한 전술한 실시예에서 AD 컨버터(300)는 MPU(400)와 독립된 구성으로서 예시되고 있지만 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 MPU(400) 내에 AD 컨버터(300)가 포함될 수도 있다.

또한 전술한 실시예에서 전류 측정기(210)와 전압측정기(200)가 MPU(400)와 별개의 구성으로서 예시되고 있지만 전류 및 전압 측정을 위한 기능이 MPU(400)에 포함된 경우 상기 부하 라인(1s,2s)로부터의 입력은, MPU(400)의 전력량 측정에 이용되는 측정 레벨로 감소시키기 위한 분압기와 변류기를 통해 변환된 후 MPU(400)에 입력되도록 구성하는 것도 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다.

중앙처리장치 또는 MPU(400)는 전자식 전력량계(10)의 동작을 제어하는 제어부(410), 제어부(410)에서 이용되는 정보 및 계측정보 등이 저장되는 메모리(420) 및 시간 제어를 위한 RTC 회로(430)가 포함된다.

메모리(420)는 EEPROM 및 플래쉬 메모리 등의 비휘발성 메모리로서 측정부(200)를 통해 계량된 값들을 정전시에도 계속 안정적으로 유지할 수 있도록 저장한다. 또한 실측된 값 이외에도 현재 누적 유효 전력량, 현재 누적 무효 전력량, 전월 누적 유효 전력량, 전월 누적 무효 전력량, 전월 누적 최대 수요 전력량, 전월 평균 역율, 검침일 등의 복합 계량 데이터들을 시간대별로 저장할 수 있다. 이와 같은 저장된 데이터는 외부 서버(200)로 미리 정해진 시간에 전송된다.

또한 메모리(420)에는 본 발명에 따른 전자식 전력량계를 동작시키기 위한 고유의 알고리즘과 함께 서버로부터 수신되는 모뎀 전원 ON 시간이 저장된다. 이에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

RTC(Real Time Clock)는 전자식 전력량계에서 필요한 시계 기능을 제공하도록 기능하는데, 예를 들면 1초 단위의 계측 데이터가 MPU(400)에 입력되는 것을 허용하는 한편 MPU(400)의 제어부(400)가 모뎀용 전원부(600)를 미리 정해진 시간에 ON/OFF 하도록 기준 시간을 MPU(400)에 제공한다. 또한 보다 정확한 시각정보를 활용하기 위하여 서버와 시각 동기를 수시로 수행하는 기능을 잦추어야 한다.

모뎀용 전원부(600)는 전원 공급부(100)와는 별도인 SMPS(switched mode power supply)와 같은 독립된 전원으로 구성된다. 도 5는 전원 공급부(100)와 모뎀용 전원부(600) 및 모뎀(700)의 동작 관계를 설명하기 위한 설명도이다.

전원 공급부(100)는 상시 전원 라인(1s,2s)에 연결되어 전자식 전력량계(800)에 전원을 공급하기 위해 전력 라인(800)에 전원을 공급하는 한편 모뎀용 전원부(600)는 상시 전원 라인(1s,2s)에 연결되어 있지만 전력 라인(800)에 전원을 공급하지 않고 모뎀(700)에만 전력을 공급하도록 구성된다.

즉, 모뎀용 전원부(600)는 평상시에는 도 5의 (A)와 같이 모뎀에 전력을 공급하지 않도록 동작되지만 특정 조건이 만족될 때 도 5의 (B)와 같이 모뎀(700)에 전원을 공급하여 모뎀이 외부와 통신하도록 구성된다. 여기서 특정 조건이란 모뎀(700)과 외부 서버(20)와의 통신이 필요한 시기 또는 시간을 의미한다.

도시된 실시예는 하나의 예로서 모뎀용 전원부(600)로부터 모뎀(700)으로의 전력 공급의 차단 및 허용은 모뎀용 전원부(600)와 모뎀(700) 사이의 개폐 스위치(S)를 통해 이루어지는 것으로 도시하고 있지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 모뎀용 전원부(600)와 모뎀(700)이 연결된 상태에서 모뎀용 전원부(600)를 상시 전원 라인(1s,2s)로부터 Off시키는 방법이 대안적으로 이용될 수도 있다.

또 다른 예로는 모뎀용 전원부의 SMPS의 스위칭에 직접 신호를 제어하여 스위칭을 제어함으로서 전원을 ON/OFF 할 수 도 있다. 본 특허에서는 이러한 모뎀 전원을 On/OFF하는 모든 수단을 포함한다.

모뎀(700)은 외부 서버(20)와의 통신 가능한 모든 수단을 포함하며 구체적으로는 전력선 통신용 모뎀(PLC 모뎀)인 것이 바람직하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 필요에 따라 본 발명에 따른 전자식 전력량계(10)는 전력량계(10)의 동작 상태를 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이 수단(500)을 더 포함할 수도 있다.

도 6는 본 발명에 따른 절전형 전자식 전력량계(10)에서 제어부(410)에서 모뎀 전원부(600) ON 및 OFF 를 제어하기 위한 동작 흐름도를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이 전자식 전력량계(10)는 단계 S100에서 전원공급부(100)을 통해 ON된다. 이때 전력량계(10)의 모뎀용 전원부(600)는 OFF인 상태로 모뎀은 구동되지 않는다.

이어서 단계 S200에서 제어부(410)는 자신의 메모리(420)를 검색하고 메모리 내에 서버로부터 수신되는 모뎀 ON 시각이 존재하는지를 판단한다. 단계 S200에서 차회 모뎀을 ON시키기 위한 모뎀 ON 시각이 존재하는 경우 단계는 S900으로 진행되는 한편 모뎀 ON 시각이 존재하지 않는 경우 단계는 S300으로 진행된다.

이어진 단계 S300에서 제어부(410)는 전력량계의 모뎀 전원부(600)를 ON 시켜 모뎀(700)을 구동하고 단계 S400에서 ON 상태로 전환된 모뎀을 통해 제어부(410)는 서버에 통신 연결을 한다.

단계 S500에서 제어부(410)는 서버에 차회 모뎀 ON 시각을 요청하고 서버는 이와 같은 제어부(410)의 요청에 응답하여 다음번 서버에 접속하기 위한 시간 정보에 해당하는 차회 모뎀 ON 시각 정보를 제어부(410)에 전송하므로, 제어부(410)는 단계 S600에서와 같이 차회 모뎀 ON 시각 정보를 수신할 수 있게 된다.

단계 S700에서 제어부(410)는 수신된 차회 모뎀 ON 시각 정보를 수신하여 차회 모뎀 ON 시각을 설정하고 단계 S800에서와 같이 모뎀 전원을 OFF 한다. 모뎀이 OFF된 상태에서 제어부(410)은 단계 S900에서 전력량계의 RTC부(430)의 시각정보와 차회 모뎀 ON 시각 정보를 비교하여 RTC 시각이 모뎀 ON 시각에 도달했는지를 계산한다.

단계 S900에서 제어부(410)은 전력량계 내의 현재 시간을 나타내는 RTC 시각이 모뎀 ON 시각에 도달되면 제어부(410)은 단계 S300으로 진행되어 모뎀용 전원부(600)를 ON 시키고 수집된 정보를 서버에 전송하는 한편 차회의 모뎀 ON 시간을 서버로부터 수신하고 단계 S900까지의 단계들을 다시 반복한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 전자식 전력량계 200: 측정부
300: AD 컨버터 400: MPU
410: 제어부 420: 메모리
430: RTC 500: 디스플레이
600: 모뎀용 전원부 700: 모뎀

Claims (4)

1. 통신 모뎀을 포함하는 절전형 전자식 전력량계에 있어서,
   전류 및 전압을 측정하기 위한 측정부;
   전자식 전력량계의 동작을 제어하기 위한 제어부;
   상기 제어부에 시계기능을 제공하는 RTC부;
   외부 서버와의 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀;
   상기 전자식 전력량계에 전원을 공급하기 위한 전원공급부;
   상기 통신 모뎀에 전원을 공급하기 위한 모뎀용 전원공급부; 및
   상기 측정부로부터 측정되는 계량 정보와 외부 서버로부터 수신되는 통신 모뎀을 ON 시키기 위한 차회 모뎀 ON 시각 정보가 저장되는 비휘발성 메모리를 포함하고,
   상기 제어부는,
   모뎀용 전원공급부를 통해 상기 통신 모뎀으로의 전원 공급을 차단하여 통신 모뎀을 OFF 상태로 유지한 상태에서 전력량계 내의 비휘발성 메모리 내에 차회 모뎀 ON 시각이 존재하는지 여부를 판단하는 제1 동작,
   차회 모뎀 ON 시각이 존재하지 않는 경우 모뎀용 전원공급부로부터 통신 모뎀으로의 전원을 공급하여 통신 모뎀을 ON하여 외부 서버에 접속하는 제2 동작,
   상기 외부 서버로부터 차회 모뎀 ON 시각 정보를 수신하여 비휘발성 메모리에 저장한 후 통신 모뎀을 OFF시키는 제3 동작,
   RTC부로부터 계산된 시간이 수신된 차회 모뎀 ON 시각에 도달지 않은 경우 통신 모뎀을 OFF 상태로 유지하는 제4 동작,
   RTC부로부터 계산된 시간이 차회 모뎀 ON 시각에 도달된 경우 모뎀용 전원공급부로부터 통신 모뎀으로의 전원을 공급하여 통신 모뎀을 ON하여 비휘발성 메모리에 저장된 계량 정보를 외부 서버에 전송하는 제5 동작, 및
   상기 제3 동작 내지 제5 동작을 반복하여 수행하는 제6 동작을 수행하도록구성된 것을 특징으로 하는 통신 모뎀을 포함하는 절전형 전자식 전력량계.
   
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