KR102128744B1 - 전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 분기 선로 각각에 구비되는 센서의 종류를 최소화하면서도, 다수의 분기 선로 각각에 연결되는 부하의 열화 여부를 보다 효율적이고 정확하게 검출할 수 있도록 하는 전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치에 관한 것으로, 이는 상기 분기 선로 각각에는 부하가 연결되는 전력 제어 설비에 적용되는 전력 모니터링 장치에 있어서, 상기 분기 선로 각각의 전류를 센싱하는 다수의 전류 센서; 및 상기 전류 센싱 결과를 분기 선로별로 수집 및 누적하여 다수의 전류 변화 패턴을 생성하고, 상기 다수의 전류 변화 패턴을 합산 및 평균하여 평균 변화 패턴을 산출한 후 상기 전류 변화 패턴 각각과 비교 분석하여, 열화 상태의 부하가 연결된 분기 선로를 검출 및 통보하는 프로세서;를 포함할 수 있다.

Description

전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치{Apparatus for power monitoring of electric power equipment}

본 발명은 전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치에 관한 것으로, 특히 부하의 열화 여부를 보다 효율적이고 정확하게 검출할 수 있도록 하는 전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치에 관한 것이다.

수배전반, 에너지 저장 시스템, 전동기 제어반, 분전반, 접속함 등과 같은 전력 제어 설비에는 수많은 배선과 개폐기, 차단기, 계전기 등의 부품이 밀집되어 있는데, 그 기능이 상시 동작하면서 열화와 노후화 그리고 화재 발생으로 까지 이어지는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.

이에 전력 제어 설비에는 전력 모니터링 장치가 추가 구비되고, 이를 통해 전력 제어 설비의 동작 상태를 모니터링하고, 적절한 제어 동작을 수행할 수 있도록 한다.

특히, 전력 제어 설비가 메인 선로가 다수의 분기 선로가 분기되는 구조의 전력 계통이 형성되고, 다수의 분기 선로 각각에 ESS와 같은 부하가 연결되는 경우, 다수의 분기 선로 각각에 전압 센서와 전류 센서가 구비되어야 ESS 각각의 충방전량을 파악하고, 열화 여부를 확인할 수 있는 단점이 있었다.

즉, 다수의 분기 선로 각각에 구비되어야 하는 센서의 종류와 갯수가 많아져, 시스템 구조가 복잡해지고, 구현 비용이 증가되는 문제가 있었다.

국내등록특허 제10-1533948호 (등록일자 : 2015.06.29)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 다수의 분기 선로 각각에 구비되는 센서의 종류를 최소화하면서도, 다수의 분기 선로 각각에 연결되는 부하의 열화 여부를 보다 효율적이고 정확하게 검출할 수 있도록 하는 전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 메인 선로로부터 다수의 분기 선로가 분기되는 하나의 전력 계통을 구성하며, 상기 분기 선로 각각에는 부하가 연결되는 전력 제어 설비에 적용되는 전력 모니터링 장치에 있어서, 상기 분기 선로 각각의 전류를 센싱하는 다수의 전류 센서; 및 상기 전류 센싱 결과를 분기 선로별로 수집 및 누적하여 다수의 전류 변화 패턴을 생성하고, 상기 다수의 전류 변화 패턴을 합산 및 평균하여 평균 변화 패턴을 산출한 후 상기 전류 변화 패턴 각각과 비교 분석하여, 열화 상태의 부하가 연결된 분기 선로를 검출 및 통보하는 프로세서;를 포함하는 전력 모니터링 장치를 제공한다.

상기 프로세서는 상기 전류 센싱 결과를 수집 및 분석하여 전류 센싱값이 기 설정된 하한치 이하로 감소되는 분기 선로를 검출하고, 상기 검출된 분기 선로에 열화 상태의 부하가 연결되었음을 확인 및 통보하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 전력 모니터링 장치는 상기 메인 선로의 전류를 센싱하는 전류 센서; 및 상기 메인 선로의 전압을 센싱하는 전압 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 프로세서는 상기 메인 선로의 전류 및 전압을 기반으로 상기 전력 제어 설비 전체의 전력 상태를 산출 및 통보하고, 상기 분기 선로 각각의 전류 센싱 결과를 기반으로 상기 부하 각각의 전력 상태를 산출 및 통보하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전력 제어 설비는 수배전반, 에너지 저장 시스템, 전동기 제어반, 분전반, 접속함 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다수의 분기 선로 각각에 전류 센서를 위치시키고, 전류 센서의 센싱값을 통해 분기 선로 각각에 연결된 부하의 열화 여부를 간접 측정할 수 있도록 한다. 이에 시스템에 구비되는 센서의 종류와 개수를 최소화함으로써, 시스템 구조와 구현 비용을 최소화시키면서도, 열화 검출과 같은 기능은 그대로 제공할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치를 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 부하 열화 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 센싱 값 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류 센싱 값 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 설비의 전력 모니터링 장치를 도시한 도면이다. 다만, 이하에서는 설명의 편이를 위해 전력 제어 설비가 에너지 저장 시스템으로 구현되는 경우를 일례로 들어 설명하기로 한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 전력 제어 설비는 메인 선로(10)로부터 다수의 분기 선로(20)가 분기되는 전력 계통을 구성하며, 메인 선로(10)에는 메인 차단기(110)가, 각 분기 선로(20)에는 분기 차단기(120)가 위치된다.

더하여, 메인 선로(10)에는 전력 퓨즈와 같이 비정상적인 고압 및 특고압이 전력 선로에 인가되면 선로 연결을 즉각적으로 차단시키는 절연 소자(131)와, 절연 소자(131)에 인가되는 이상 전류를 접지로 방전시키기 위한 바이패스 경로를 제공하는 절연 파괴 보호 회로(132)가 추가 위치될 수도 있도록 한다.

즉, 임계치 이하의 이상 전류는 절연 파괴 보호 회로(132)를 통해 방전시키되, 임계치 보다 큰 이상 전류가 인가될 때에만 절연 소자(131)를 통해 메인 선로를 차단하도록 함으로써, 전력 제어 설비의 안정성은 보장하되, 절연 소자(131)가 필요 이상으로 자주 교체되는 것을 사전에 방지할 수 있도록 한다.

각 분기 선로(20)의 끝단에는 ESS(201~20n)이 부하로써 연결되어, 메인 선로(10)와 분기 선로(20)를 통해 전송되는 전력을 충전하거나, ESS(201~20n)에 충전된 전력을 방전하여 분기 선로(20)를 거쳐 메인 선로(10)로 공급할 수 있도록 한다.

만약, 전력 제어 설비가 고전압을 저전압으로 변환한 후, 댁내 전자 기기(예를 들어, TV, 에어콘, 세탁기)와 같은 부하에 공급하는 수 배전반으로 구현되는 경우, 메인 차단기(110)의 뒷단에 고전압을 저전압으로 변환하는 변압기(미도시)를 추가 배치함으로써, 저전압이 분기 선로(20) 각각에 인가되도록 할 수도 있을 것이다.

계속하여, 전력 제어 설비에 결합 및 구동되는 전력 모니터링 장치는 메인 선로(10)에 결합되는 전류 센서(311) 및 전압 센서(312), 그리고 다수의 분기 선로(20) 각각에 결합되는 다수의 전류 센서(321~32n), 센서 신호 전처리부(330), 프로세서(340), 지진 센서(350), 제어 패널(360), 통신 모듈(370) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

메인 선로(10)에 결합되는 전류 센서(311) 및 전압 센서(312)는 메인 선로(10)의 전류 및 전압을 센싱하고, 다수의 분기 선로(20)에 결합되는 다수의 전류 센서(321~32n)는 다수의 분기 선로(20) 각각의 전류를 센싱하도록 한다.

이때, 전류 센서(311,321~32n)는 대전류를 소전류로 변성시켜 전류계, 전력계 등에 계기용 전류로 사용할 수 있게 하는 계기용 변류기로 구현될 수 있으며, 전압 센서(312)는 고압의 전력을 저압의 전력으로 강압하여 전압계, 전력계, 역률계 등에 계기용 전압으로 사용할 수 있도록 하는 계기용 변압기로 구현될 수 있으나, 이의 구현 방법은 공지된 기술에 따라 다양하게 변형 가능할 것이다.

센서 신호 전처리부(330)는 전류 센서(311,321~32n) 및 전압 센서(312)로부터 출력되는 아날로그 신호 형태의 센싱 신호를 프로세서(340)가 인식 가능한 디지털 신호 형태로 변환하도록 한다.

프로세서(340)는 메인 선로(10)의 전류 및 전압으로부터 전력 제어 설비 전체를 통해 충/방전되는 총 전력량을 산출 및 안내할 수 있도록 한다. 그리고 다수의 분기 선로(20) 각각의 전류를 기반으로 ESS(201~20n) 각각을 통해 충/방전되는 전력량을 개별적으로 산출 및 안내할 수 있도록 한다. 또한 전류 센서(311,321~32n)를 통해 전력 흐름 방향을 파악하고, 이를 기반으로 전력 제어 설비, ESS(201~20n) 각각이 충전 상태인지 또는 방전 상태인지도 확인 및 안내할 수도 있도록 한다.

특히, 본 발명의 프로세서(340)는 분기 선로(20) 각각의 전류 센싱 결과를 일정 시간 동안 수집 및 분석하여, ESS(201~20n) 각각의 열화 가능성을 유추 및 통보할 수도 있도록 한다. 즉, 분기 선로(20) 각각을 통해 전류를 통해 ESS(201~20n)의 충전잔량(SOC)을 간접 측정할 수 있도록 한다.

또한 분기 선로(20) 각각의 정격 전류와 동작 과부하율에 대한 정보를 저장 및 관리하고, 이를 기반으로 분기 선로(20) 각각의 전류값을 분석하여 과전류 또는 동작 과부하 상태의 분기 선로(20)를 검출하고, 관련 분기 차단기(120)를 구동하여 해당 분기 선로(20)로의 전력 흐름을 즉각 차단하도록 한다.

더하여, 지진 센서(350)를 통해 지진 발생 여부를 실시간 감지할 수 있도록 하고, 일정 강도 이상의 지진 발생시에는 메인 차단기(110)를 통해 메인 선로(10)로의 전력 흐름을 차단함으로써, 전력 제어 설비의 구동 자체가 일시 중지되도록 한다. 즉, 지진에 의한 2차 피해 발생 가능성(예를 들어, 화재)이 최소화되도록 한다.

제어 패널(360)은 모니터, 버튼, 키보드, 경보기, USB 연결 단자 등과 같은 데이터 입출력 수단을 구비하여, 사용자로부터 전력 모니터링에 필요한 각종 정보(예를 들어, 분기 선로(20) 각각의 정격 전류와 동작 과부하율, 긴급 제동 정보 등)를 입력받거나 프로세서(340)의 전력 모니터링 결과를 시청각화하여 출력하도록 한다.

통신 모듈(370)은 중앙 관제실, 관리자 단말 등과 같은 외부 장치와의 통신 채널을 형성하고, 이를 통해 전력 모니터링에 필요한 각종 정보를 입력받거나, 프로세서(340)의 전력 모니터링 결과를 메시지화하여 출력하도록 한다.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 모니터링 장치의 부하 열화 모니터링 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 전력 제어 설비에 구비된 다수의 분기 선로(20) 각각에 다수의 ESS(201~20n)를 연결한다(S1).

전력 제어 설비가 구동되고, 다수의 ESS(201~20n)가 전력을 충전 또는 방전하기 시작하면, 프로세서(340)는 다수의 분기 선로(20) 각각에 위치된 다수의 전류 센서(321~32n)를 통해 다수의 분기 선로(20) 각각의 전류를 센싱한다(S2).

분석 이벤트의 발생 여부를 수시로 확인한다, 이때, 분석 이벤트는 기 설정된 전류 센싱 결과 분석 주기가 도래되는 경우, 사용자 요청이 수동 입력되는 경우 등에 발생될 수 있을 것이다(S3).

만약, 분석 이벤트가 발생되지 않았으면, 다시 단계 S2로 재진입하여 다수의 분기 선로(20) 각각의 전류 센싱 결과를 계속하여 누적 수집하도록 하고(S4), 분석 이벤트가 발생되었으면, 기 설정 시간 동안 누적 수집된 전류 센싱 결과 모두를 획득 및 분석하여 다수의 분기 선로(20) 각각에 대응되는 전류 변화 패턴을 추출한다(S5).

그리고 단계 S5를 통해 추출된 다수의 전류 변화 패턴 모두를 합산 및 평균하여 평균 변화 패턴을 산출한다(S6).

참고로, ESS와 에너지 저장 장치는 온도와 같은 외부 요인에 따라 충전잔량이 가변되는 특성이 있다. 이에 동일 장소에 따라 위치되어 장치 구동 환경이 유사한 다수의 ESS은 서로 유사한 패턴으로 충전잔량이 가변되게 되며, 이는 전류 센서의 전류 센싱값으로 표현되게 된다. 그러나 특정 ESS가 열화되는 경우에는 장치 구동 환경과 상관없이, 충전잔량이 비이상적으로 가변되는 현상이 발생한다.

이에 본 발명에서는 도 3에서와 같이, ESS1 내지 ESS5에 대응되는 다수의 전류 변화 패턴을 수집 및 평균화하여 평균 변화 패턴을 산출함으로써, 평균 변화 패턴에 장치 구동 환경에 따른 변화가 반영될 수 있도록 한다. 그리고 이를 기준으로 다수의 전류 변화 패턴 각각과의 편차를 추적 모니터링함으로써, 장치 구동 환경과 상관없이 열화로 인한 전류량 변화 현상이 발생하는 ESS만을 정확하게 검출할 수 있도록 한다.

그리고 단계 S6을 통해 산출된 평균 변화 패턴과 다수의 분기 선로 각각에 대응되는 전류 변화 패턴을 비교 분석하여, 평균 변화 패턴과의 편차가 기 설정치 이상이 구간이 존재하는 전류 변화 패턴이 있는지 확인하도록 한다(S7).

단계 S7을 통해 평균 변화 패턴과의 편차가 기 설정치 이상이 구간이 존재하는 전류 변화 패턴이 확인되면, 해당 전류 변화 패턴에 대응되는 분기 선로에 열화된 ESS가 연결되었음을 확인하고 시청각적으로 통보하도록 한다(S8).

또 다르게는, 기 설정 시간 동안 누적 수집된 전류 센싱 결과를 모두 획득 및 분석하여, 전류 센싱값이 기 설정된 하한치 이하로 감소되는 분기 선로가 존재하는지 확인하도록 한다(S9).

단계 S9의 확인 결과, 전류 센싱값이 기 설정된 하한치 이하로 감소되는 분기 선로가 존재하면, 해당 분기 선로에 열화된 ESS가 연결되었음을 확인하고 시청각적으로 통보하도록 한다(S10).

즉, 본 발명에서는 장치 구동 환경 변화로 인해 ESS의 충전잔량이 가변될 수 있음을 고려하더라도, 도 4에서와 같이 충전잔량 변화 정도가 기 설정치 이상이 되면, 이 또한 열화된 ESS로써 검출 및 통보할 수 있도록 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 메인 선로로부터 다수의 분기 선로가 분기되는 하나의 전력 계통을 구성하며, 상기 분기 선로 각각에는 부하가 연결되는 전력 제어 설비에 적용되는 전력 모니터링 장치에 있어서,
   상기 분기 선로 각각의 전류를 센싱하는 다수의 전류 센서; 및
   상기 다수의 전류 센서의 전류 센싱 결과를 분기 선로별로 수집 및 누적하여 다수의 전류 변화 패턴을 생성한 후, 상기 다수의 전류 변화 패턴을 합산 및 평균하여 평균 변화 패턴을 산출하고, 상기 평균 변화 패턴과 상기 다수의 전류 센서의 전류 센싱 결과 각각을 비교 분석하여 열화 상태의 부하가 연결된 분기 선로를 검출 및 통보하는 프로세서;를 포함하며,
   상기 프로세서는
   상기 다수의 전류 센서의 전류 센싱 결과 각각을 상기 평균 변화 패턴을 비교하여, 전류값 편차가 기 설정치 이상인 분기 선로가 검출하고, 상기 검출된 분기 선로에 연결된 부하가 열화 상태임을 확인 및 통보하는 것을 특징으로 하는 전력 모니터링 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 메인 선로의 전류를 센싱하는 전류 센서; 및
   상기 메인 선로의 전압을 센싱하는 전압 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모니터링 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 프로세서는
   상기 메인 선로의 전류 및 전압을 기반으로 상기 전력 제어 설비 전체의 전력 상태를 산출 및 통보하고, 상기 분기 선로 각각의 전류 센싱 결과를 기반으로 상기 부하 각각의 전력 상태를 산출 및 통보하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 모니터링 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전력 제어 설비는
   수배전반, 에너지 저장 시스템, 전동기 제어반, 분전반, 접속함 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력 모니터링 장치.

Images