KR20060035188A - 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치 및 방법 - Google Patents

온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 온도 변화에 따른 저항, 아날로그/디지털 컨버터의 특성이 변화하여 전압, 전류 계측량에 오차가 발생하지만 계측 오차를 보정하지 못해 적산된 전력량에 오류가 발생하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 강압된 전압, 전류를 변환한 전압을 아날로그/디지털 변환하여 전력 계량부로 출력하는 전압/전류 디지털 변환부와; 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따른 전압/전류 디지털 변환부의 온도 변화에 의한 전력 보상 데이터를 기록하는 온도보정 데이터 기록부와; 전압, 전류 디지털 데이터를 이용하여 유효/무효 전력을 연산하고, 전력 보상 데이터를 참조하여 온도 변화에 따른 전력 오차를 보정하고, 적산된 전력량을 전력량 알림부로 전송하는 전력 계량부와; 전력 계량부로부터 전력량을 수신하여 기록 보관하고 표시창에 사용된 전력량을 표시하는 전력량 알림부로 구성되어 온도 변화에 따른 계측 전력의 오차를 예측하여 계측 전력을 보정하고 전력량을 계량함으로써 온도 변화에 무관한 전력 계량을 수행하여 정밀한 전력량을 계량하는 효과가 있다.

Description

온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치 및 방법{WATT-HOUR METER AND METHOD WITH TEMPERATURE SENSOR}
도 1은 종래 전자식 전력 계측 장치의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치의 구성을 보인 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 방법의 동작 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 변화에 따른 계측 전력 대 표준 전력의 비를 도시한 예시도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 전압/전류 디지털 변환부 20 : 전력 계량부
21 : 온도보정 데이터 기록부 40 : 전력량 알림부
본 발명은 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 온도에 따른 전력 계측의 오차를 보정하여 정밀한 전력량을 계량할 수 있게 한 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자식 전력 계측 장치는 전압, 전류 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하고 디지털 데이터를 이용하여 전력을 계산하고 시간 흐름에 따른 전력 변화를 누적하여 전력량을 계량한다. 전압 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 과정은 저항을 이용한 분압회로를 이용하여 높은 수십, 수백 볼트 전압을 디지털 변환이 가능한 수 볼트 전압으로 강압하고, 전류 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 과정은 변류기(Current Transformer)를 이용하여 높은 전류를 낮은 전류로 변류하고 저항을 이용하여 전압으로 변환하고 이 신호를 아날로그/디지털 컨버터로 디지털 변환한다. 디지털 변환 과정에서 온도가 높아지거나 낮아지는 경우 저항의 특성이 바뀌고, 아날로그/디지털 컨버터도 온도에 따른 변화 특성을 가지므로 데이터 변환 특성이 다르게 나타난다.
데이터 변환 특성의 변화는 전력 계측 장치의 재료, 물리적 특성에 기인하는 것이므로 쉽게 극복되는 문제가 아니며 결과적으로 전자식 전력 계측 장치는 온도에 따른 데이터 변환 특성의 변화를 예측하여 현재 계량값을 보정해야 한다.
도 1은 종래 전자식 전력 계측 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 상용 전압을 분압하여 강압하는 전압 분압 회로(11)와; 전류를 변류하여 해당 전압으로 변환하는 전류 분류 회로(12)와; 강압된 전압, 전류를 변환한 전압을 조절하여 아날로그/디지털 컨버터로 출력하는 전압/전류 조절 회로(13)와; 아날로그 전압, 전류를 디지털 변환하여 전압, 전류 디지털 데이터를 출력하는 아날로그/디지털 컨버터(14)와; 전압, 전류 디지털 데이터를 이용하여 유효/무효 전력을 연산하고, 전력을 적산하여 표시하는 전력 계량부(15)로 구성된다.
전압 분압 회로(11)는 저항을 이용한 분압 회로를 이용하여 높은 수십, 수백 볼트 전압을 수 볼트 전압으로 강압하고, 전류 분류 회로(12)는 변류기를 이용하여 높은 전류를 낮은 전류로 변류하고, 저항을 이용하여 전압으로 변환한다.
전압/전류 조절 회로(13)는 강압된 전압, 전류를 변환한 전압을 조절하여 아날로그/디지털 컨버터(14)로 출력한다. 아날로그/디지털 컨버터(14)는 아날로그 전압, 전류를 디지털 변환하여 전압, 전류 디지털 데이터를 전력 계량부(15)에 출력한다.
전력 계량부(15)는 전압, 전류 디지털 데이터를 이용하여 유효/무효 전력을 연산하고, 전력을 적산하여 표시하고, 해당 요금의 계산을 위해 전력 공급 서버와 통신하여 적산된 전력량을 전송한다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 온도 변화에 따른 저항, 아날로그/디지털 컨버터의 특성이 변화하여 전압, 전류 계측량에 오차가 발생하지만 계측 오차를 보정하지 못해 적산된 전력량에 오류가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 온도 변화에 따른 계측 장치의 특성 변화를 예측하여 전력 계측의 오차를 보정하여 정밀한 전력량을 계량할 수 있도록 한 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 강압된 전압, 전류를 변환한 전압을 아날로그/디지털 변환하여 전력 계량부로 출력하는 전압/전류 디지털 변환부와; 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따른 전압/전류 디지털 변환부의 온도 변화에 의한 전력 보상 데이터를 기록하는 온도보정 데이터 기록부와; 전압, 전류 디지털 데이터를 이용하여 유효/무효 전력을 연산하고, 전력 보상 데이터를 참조하여 온도 변화에 따른 전력 오차를 보정하고, 적산된 전력량을 전력량 알림부로 전송하는 전력 계량부와; 전력 계량부로부터 전력량을 수신하여 기록 보관하고 표시창에 사용된 전력량을 표시하는 전력량 알림부로 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 측정된 전압, 전류를 디지털 변환하여 전력을 계산하는 단계와; 온도 센서에 의해 측정된 온도의 변화를 확인하는 단계와; 온도 변화에 따른 계측 전력과 온도 변화에 오차가 없는 표준 전력을 상호 비교하여 계측 전력에 대해 온도 보상을 실행하는 단계와; 경과 시간에 따라 온도 보상된 전력을 적산하여 전력량을 계산하는 단계와; 계기 정수에 기초하여 사용 전력량을 펄스 수(회전 수)로 변환하여 기록하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 강압된 전압, 전류를 변환한 전압을 아날로그/디지털 변환하여 전력 계량부로 출력하는 전압/전류 디지털 변환부(10)와; 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따른 전압/전류 디지털 변환부(10)의 온도 변화에 의한 전력 보상 데이터를 기록하는 온도보정 데이터 기록부(21)와; 전압, 전류 디지털 데이터를 이용하여 유효/무효 전력을 연산하고, 전력 보상 데이터를 참조하여 온도 변화에 따른 전력 오차를 보정하고, 적산된 전력량을 전력량 알림부(40)로 전송하는 전력 계량부(20)와; 전력 계량부(20)로부터 전력량을 수신하여 기록 보관하고 표시창에 사용된 전력량을 표시하는 전력량 알림부(40)로 구성된다.
전압/전류 디지털 변환부(10)는 강압된 전압, 전류를 변환한 전압을 아날로그/디지털 변환하여 전력 계량부(20)로 출력한다. 전력 계량부(20)는 전압, 전류 디지털 데이터를 이용하여 유효/무효 전력을 연산하고 온도 변화에 따른 전력 오차를 보정하고 적산한 전력량 표시, 해당 요금의 계산을 위해 전력량 알림부(40)와 통신하여 적산된 전력량을 전송한다.
온도 센서(22)는 온도를 측정하고, 온도보정 데이터 기록부(21)는 측정된 온도에 따른 전압/전류 디지털 변환부(10)의 온도 변화에 의한 전력 보상 데이터를 기록한다. 전력 계량부(20)는 연산된 유효/무효 전력에 전력 보상 데이터를 곱하여 전력량을 보상한다.
전력량 알림부(40)는 전력 계량부(20)로부터 전력량을 수신하여 기록 보관하고 표시창에 사용된 전력량을 표시하고, 전력 공급 서버와 통신하여 적산된 전력량을 전송한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 측정된 전압, 전류를 디지털 변환 하여 전력을 계산하는 단계와; 온도 센서에 의해 측정된 온도의 변화를 확인하는 단계와; 온도 변화에 따른 계측 전력과 온도 변화에 오차가 없는 표준 전력을 상호 비교하여 계측 전력에 대해 온도 보상을 실행하는 단계와; 경과 시간에 따라 온도 보상된 전력을 적산하여 전력량을 계산하는 단계와; 계기 정수에 기초하여 사용 전력량을 펄스 수(회전 수)로 변환하여 기록하는 단계로 이루어진다.
전자식 전력 계측 장치(이하, 전력 계측기로 표기함)는 측정된 전압, 전류를 디지털 변환하여 전력을 계산하고, 계산된 전력에서 온도 변화에 따른 오차를 보정한다고 가정하자.
전력 계측기는 경과 시간에 대해 전력을 누적하여 전력량을 계산하므로 전력에 대해 온도 보상을 실행한다.
전력에 대한 온도 보상은 온도 변화에 따른 전력 계측기의 계측 전력과 온도 변화에 오차가 없는 표준 계측기의 전력을 상호 비교하여 온도에 따른 전력의 보상 곡선을 계산하고, 계측된 전력에 보상 곡선을 적용하여 계측 전력에 대해 온도 보상을 실행한다.
전압 분압 회로, 전류 분류 회로, 전압/전류 조절 회로는 전압, 전류를 디지털화하기에 적합하게 조절하여 전력 계측기의 아날로그/디지털 컨버터에 입력하므로 회로 구성에 사용되는 소자를 동일하게 구성하여 동일한 온도 변화 특성을 나타내게 한다.
시험자는 온도에 따른 전력의 보상 곡선을 계산하고자 전력 계측기를 항온항습 시험기에 넣고 사용범위(-25℃~55℃)에서 일정한 온도 지점(예: -25℃, -15℃, -5℃, 5℃, 20℃, 30℃, 40℃, 55℃)에서 표준 계측기의 전력과 전력 계측기의 전력을 상호 비교함을 수회 반복하고 평균치를 계산하여 온도 변화에 대한 전력 계측기의 보상 곡선을 완성한다.
만약, 온도 변화에 대해 두 전력의 차에 변화가 없다면 계측 전력 대 표준 전력의 비는 모든 온도 지점에서 1인 형태로 나타나며 온도에 대해 두 전력의 비에 변화가 발생하면 이에 따른 오차 곡선이 나타난다.
오차 곡선은 전력 계측기 내부의 메모리에 기록되어 추후 온도 변화에 대한 전력 계측기의 보상 곡선이 된다. 예를 들어, 도 4의 보상 곡선에서 전력 계측기의 내부 온도가 현재 -10℃이고, 계측한 전력이 100W이면 -15℃와 -5℃사이의 보상 곡선에서 -10℃의 보상 데이터를 예측한다. 즉, (-15℃, 0.9), (-5℃, 0.95)의 온도에 대한 계측 전력 대 표준 전력의 비의 값을 선형 함수에 적용하여 -10℃일 때의 계측 전력 대 표준 전력의 비를 구하면 0.975가 된다.
전력 계측기는 예측한 계측 전력 대 표준 전력의 비와 계측 전력을 곱하여 계측 전력을 보정하고, 경과 시간에 따라 전력을 적산하여 전력량을 계산한다. 온도 변화에 따른 계측 전력의 오차를 보정한 전력은 시간에 대해 적산되어 적산 전력량이 된다.
전력 계측기는 고유의 계기 정수를 갖고, 계기 정수는 전력 사용에 대한 전력 계측기의 표시 방식이며, 기계식 전력 계측기는 1㎾h에 내부 원판이 몇 번 회전하는가로 사용된 전력을 표시하고, 전자식 전력 계측기는 내부 LED의 광펄스나 전기적인 접점 형태로 펄스 회수로 표시한다.
적산 전력량은 연산 특징상 누적되므로 시간이 지남에 따라 최대값을 넘어 오버플로우가 발생하므로 전력 계측기는 고유 상수인 계기 정수에 기초하여 펄스 수(회전 수)로 사용 전력량을 변환하여 기록한다. 전력 계측기는 전력 공급 서버와 통신하여 사용 전력량을 나타내는 펄스 수를 데이터 전송하여 전력 요금 계산에 대한 정보를 제공한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 온도 변화에 따른 계측 전력의 오차를 예측하여 계측 전력을 보정하고 전력량을 계량함으로써 온도 변화에 무관한 전력 계량을 수행하여 정밀한 전력량을 계량하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 강압된 전압, 전류를 변환한 전압을 아날로그/디지털 변환하여 전력 계량부로 출력하는 전압/전류 디지털 변환부와;
    온도 센서에 의해 측정된 온도에 따른 전압/전류 디지털 변환부의 온도 변화에 의한 전력 보상 데이터를 기록하는 온도보정 데이터 기록부와;
    전압, 전류 디지털 데이터를 이용하여 유효/무효 전력을 연산하고, 전력 보상 데이터를 참조하여 온도 변화에 따른 전력 오차를 보정하고, 적산된 전력량을 전력량 알림부로 전송하는 전력 계량부와;
    전력 계량부로부터 전력량을 수신하여 기록 보관하고 표시창에 사용된 전력량을 표시하는 전력량 알림부로 구성된 것을 특징으로 하는 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 장치.
  2. 측정된 전압, 전류를 디지털 변환하여 전력을 계산하는 단계와;
    온도 센서에 의해 측정된 온도의 변화를 확인하는 단계와;
    온도 변화에 따른 계측 전력과 온도 변화에 오차가 없는 표준 전력을 상호 비교하여 계측 전력에 대해 온도 보상을 실행하는 단계와;
    경과 시간에 따라 온도 보상된 전력을 적산하여 전력량을 계산하는 단계와;
    계기 정수에 기초하여 사용 전력량을 펄스 수(회전 수)로 변환하여 기록하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 방 법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 계측 전력의 온도 보상 단계는
    소정 온도에서 온도 변화에 따른 전력 계측기의 계측 전력과 온도 변화에 오차가 없는 표준 계측기의 전력을 상호 비교하여 온도에 따른 전력의 보상 곡선을 계산하는 단계와;
    보상 곡선에서 서로 다른 온도에 대한 계측 전력 대 표준 전력의 비의 값을 선형 함수에 적용하여 임의의 온도일 때의 계측 전력 대 표준 전력의 비를 예측하는 단계와;
    예측한 계측 전력 대 표준 전력의 비와 계측 전력을 곱하여 온도 보상된 전력을 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 보정 기능을 가진 전자식 전력 계측 방법.
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