KR20070064148A - 시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스템에어컨의 피크전력을 제어하기 위한 시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 운전 중인 실내기만을 대상으로 피크전력을 제어하여 피크전력을 항상 일정하게 유지하도록 하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은 복수의 실내기를 가지는 시스템에어컨의 전력제어방법에 있어서, 수용가 전체 부하의 소비전력을 측정하여 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되면 상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서인가를 판단하는 단계; 상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서이면 시스템에어컨의 소비전력을 줄이기 위한 소비전력 관리명령을 발생시키는 단계; 및 발생된 소비전력 관리명령에 기초하여 상기 복수의 실내기 중 운전 중인 실내기만을 추출하여 피크전력을 제어하는 단계를 포함하는 것이다.

Description

시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법{Apparatus for controlling demand power of system air-conditioner and method thereof}

도 1은 종래 시스템에어컨의 피크전력제어를 위한 순환그룹 도면,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 시스템에어컨의 전력제어장치의 전체 구성도,

도 3은 본 발명에 적용되는 중앙제어기의 상세 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 시스템에어컨의 피크전력제어를 위한 순환그룹 도면,

도 5는 본 발명에 의한 시스템에어컨의 전력제어방법을 나타낸 동작 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 실외기 20 : 실내기

30 : 디멘드 제어기 40 : 경보릴레이

50 : 인터페이스모듈 60 : 중앙제어기

61 : 경보레벨 검지부 62 : 순환그룹 저장부

63 : 운전제어부 64 : 운전상태 검지부

본 발명은 시스템에어컨의 피크전력을 제어하기 위한 것으로, 특히 운전 중인 실내기만을 대상으로 피크전력을 제어하여 피크전력을 항상 일정하게 유지하는 시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 에어컨은 실내의 냉방 또는 난방을 위한 목적으로 사용되는 장치로, 실내기 및 실외기 상호간에 냉매를 순환시켜 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하며 액화할 때에 그 열을 방출하는 특성에 의하여 냉방 또는 난방작용을 수행한다.

통상의 에어컨은 하나의 실외기에 하나의 실내기를 설치하는 것이 일반적이나, 최근에는 하나 또는 하나 이상의 실외기에 다양한 형태와 용량을 갖는 복수의 실내기를 연결하여 학교나 회사, 그리고 병원과 같이 분리된 공간이 다수 개 존재하는 장소에 대하여 냉방 또는 난방운전을 수행하는 멀티 시스템에어컨(Multi-system air conditioner)에 대한 사용자의 요구가 증가하는 추세이다.

이러한 시스템에어컨을 설치한 수용가는 전력소비량이 크기 때문에 전기공급회사인 한국전력으로부터 계약전력을 공급받아 각종 설비(예를 들어, 시스템에어컨)들을 가동시킨다. 이때 한국전력은 주계량기를 원격 검침하여 각 수용가의 소비전력량을 파악하는데 전기사용량이 급증하는 계절(예를 들면 6월 내지 8월)에 15분 평균 소비전력량이 계약에서 정한 관리전력량을 초과할 경우 할증요금을 부과하고 있다.

이를 방지하기 위해 수용가에 마련되는 수전설비에서는 15분 평균 소비전력량을 관리전력량 이하가 되도록 조절하는데, 수전설비는 수용가에서 소비하는 순시 소비전력을 검지하여 소정시간동안 수용가에서 소비하는 평균 소비전력이 관리전력량을 넘지 않도록 제어하는 디멘드 제어기와, 디멘드 제어기의 제어신호에 의해 연결되거나 차단되고, 수용가의 각 부하(예를 들어, 시스템에어컨의 압축기)와 연결된 복수의 릴레이를 구비하는 경보릴레이를 포함한다.

이러한 수전설비가 설치된 수용가로 전력이 공급되면 디멘드 제어기는 순시 소비전력을 검지하고 검지된 소비전력량 데이터를 분석하여 15분 평균 소비전력량이 관리전력량을 초과할 것인지를 분석한다. 그리고 위의 분석에서 15분 평균 소비전력량이 관리전력량을 초과할 것으로 예상되면 경보릴레이의 복수 릴레이 중에서 특정 부하와 연결된 릴레이를 차단하여 수용가 전체의 소비전력량을 낮춤으로써 15분 평균 소비전력량이 관리전력량을 넘는 것을 방지하였다.

또한, 복수의 릴레이 중에서 시스템에어컨에 연결된 릴레이가 차단되면 시스템에어컨의 압축기와 전원공급선을 연결하는 마그네트 컨택터의 연결이 끊어지도록 하여 압축기로 공급하는 전력을 차단하였다.

그러나, 이러한 피크전력제어 방식을 시스템에어컨에 적용하여 소비전력을 낮추기 위해 마그네트 컨택터의 연결을 끊으면 복수의 실내기 중에서 일부의 실내기는 수용가 전체의 소비전력을 낮추기 위해 소비전력을 제어하는 대상이 아님에도 불구하고 소비전력의 감소를 위해 오프되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도입한 방법이 시스템에어컨의 피크제어 알고리즘으로 사용자가 미리 설정한 다수의 실내기를 다수의 그룹으로 묶어서 순환그룹을 지정한 후 입력된 피크레벨에 따라 각 순환그룹에 대한 피크전력제어를 수행 하도록 하였다.

피크전력제어를 수행하는 것은 각 실내기들의 소비전력량을 줄이기 위해 실내기의 전원을 끄거나 강제로 송풍으로 전환하는 기능으로, 피크레벨은 0~3레벨의 4단계로 이루어지는데 최고의 악조건인 3레벨의 상황에서는 피크전력을 초과할 수 있는 위험성이 많기 때문에 적극적으로 실내기들의 사용을 제한할 필요가 있다.

그런데, 이러한 종래 시스템에어컨의 피크전력 제어방법은 사용자에 의해 미리 설정된 순환그룹에 의존해 피크제어를 수행하므로 만약 순환그룹의 밸런스가 맞지 않거나 또는 순환그룹의 수가 너무 많은 상황이라면 피크제어가 수행되어야 하는 시점에서 해당 그룹의 실내기가 전체 또는 대다수의 전원이 꺼져 있다면 피크전력을 제한해야 하는 시점에서 이를 넘길 우려가 있다.

도 1에서 각 그룹이 다수의 실내기들로 이루어져 있고 모두 8개의 그룹으로 구성되어 있다고 가정했을 때 3단계의 경보레벨이 발생하여 3개의 그룹(그룹1, 그룹2, 그룹3)을 피크제어 한 경우 그룹2를 제외한 그룹1과 그룹3의 실내기 전원이 대부분 꺼져 있기 때문에 피크제어 해야 할 대상이 아주 적어 피크제어의 효과를 얻을 수 없으며, 피크전력이 허용범위를 초과하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 운전 중인 실내기만을 대상으로 피크전력을 제어하여 피크전력을 항상 일정하게 유지할 수 있는 시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복수의 실내기를 가지는 시스템에어컨의 전력제어장치에 있어서, 수용가 전체 부하의 소비전력을 측정하여 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되고, 상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서이면 시스템에어컨으로 소비전력 관리명령을 발생시키는 디멘드 제어기; 및 상기 소비전력 관리명령에 의해 상기 복수의 실내기 중 운전 중인 실내기만을 추출하여 피크전력을 제어하는 중앙제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중앙제어기는 상기 복수의 실내기 중 운전 중인 실내기만을 추출하고, 추출된 실내기만을 대상으로 새로운 순환그룹을 생성하여 운전 중인 실내기의 소비전력이 낮아지도록 피크전력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 복수의 실내기를 가지는 시스템에어컨의 전력제어방법에 있어서, 수용가 전체 부하의 소비전력을 측정하여 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되면 상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서인가를 판단하는 단계; 상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서이면 시스템에어컨의 소비전력을 줄이기 위한 소비전력 관리명령을 발생시키는 단계; 및 발생된 소비전력 관리명령에 기초하여 상기 복수의 실내기 중 운전 중인 실내기만을 추출하여 피크전력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피크전력을 제어하는 단계는, 상기 복수 실내기의 운전상태를 검지하여 운전 중인 실내기만을 추출하고, 추출된 실내기만을 대상으로 새로운 순환그룹을 생성하며, 생성된 순환그룹에 기초하여 운전 중인 실내기의 소비전력을 낮 추어 피크전력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 시스템에어컨의 전력제어장치의 전체 구성도로서, 시스템에어컨이 설치된 수용가에서 소비하는 순시 소비전력을 검지하여 수용가 전체에서 소정시간동안 소비하는 평균 소비전력량이 전기공급회사와의 계약전력량인 기준 소비전력량 보다 작도록 관리하는 디멘드 제어기(30)와, 디멘드 제어기(30)의 제어신호에 의해 연결되거나 차단되는 복수의 릴레이로 이루어진 경보릴레이(40)와, 경보릴레이(40)의 접점상태에 상응하는 경보신호를 발생시키는 인터페이스모듈(50)과, 인터페이스모듈(50)의 경보신호에 연계하여 시스템에어컨의 동작을 제어하는 중앙제어기(60)를 포함한다.

수용가는 복수의 실외기(10)와, 복수의 실외기(10)에 연결된 복수의 실내기(20) 및 기타 부하로 이루어져 있다.

디멘드 제어기(30)는 검지된 순시 소비전력의 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것인지를 예상한다. 예를 들어 15분 동안의 기준 소비전력량이 300kVA이고, 15분 중에서 10분 동안 수용가에서 소비한 평균 소비전력량이 270kVA로 측정되면 수용가의 소비패턴으로 볼 때 15분 평균 소비전력량이 300kVA를 초과할 가능성이 상당히 큰 것으로 예상한다.

이처럼 수용가의 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 판단되면 디멘드 제어기(30)는 수용가의 소비전력을 낮추기 위해 소비전력 관리대상 순서가 된 부하의 운전상태를 저전력 운전모드 또는 운전정지모드로 변경한다.

소비전력 관리대상 순서는 각 부하마다 설정되어 있으며 이 순서는 디멘드 제어기(30)에 저장되어 있다. 따라서 디멘드 제어기(30)는 수용가의 소비전력을 낮추기 위해 소비전력 관리대상의 순서가 빠른 부하부터 소비전력 관리대상으로 하여 운전상태를 변경시키고, 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서가 되면 시스템에어컨의 소비전력을 감소시키도록 제어한다.

소비전력 관리대상 순서가 된 부하의 운전상태를 저전력 운전모드 또는 운전정지모드로 변경하기 위해 디멘드 제어기(30)는 경보릴레이(40)를 이용하는데 경보릴레이(40)의 각 릴레이는 수용가의 부하와 연결되어 있다. 따라서 디멘드 제어기(30)의 제어명령에 의해 경보릴레이(40)의 각 릴레이가 연결되거나 차단되면 각 릴레이에 연결된 부하의 운전상태도 변경된다. 이러한 방식으로 디멘드 제어기(30)는 수용가 전체의 소비전력량을 조절한다.

인터페이스모듈(50)은 경보릴레이(40)와 연결되어 경보릴레이(40)를 모니터링하고, 경보릴레이(40)의 접점상태에 상응하는 경보신호를 중앙제어기(60)로 전송한다. 접점상태에 상응하는 경보신호는 시스템에어컨의 전력을 관리하기 위해 마련된 릴레이 중에서 몇 개의 릴레이가 차단되고 몇 개의 릴레이가 연결되었는지에 대한 신호이다.

즉, 경보신호는 릴레이의 접점상태에 따라 다른 경보레벨을 가지는데, 예를 들어 시스템에어컨을 관리하는 릴레이 중에서 많은 수의 릴레이가 차단상태이면 높은 등급의 경보레벨이고, 적은 수의 릴레이가 차단이면 상대적으로 낮은 등급의 경보레벨이다.

상기 중앙제어기(60)는 운전 중인 실내기(20)만을 대상으로 피크전력을 제어하기 위해 냉난방 운전 중인 실내기(20)만을 추출하여 새로운 순환그룹을 생성하는 것으로, 도 3에 도시한 바와 같이 인터페이스모듈(50)에서 전송된 경보신호의 경보레벨을 검지하는 경보레벨 검지부(61)와, 복수의 실내기(20)중에서 함께 운전가동율을 낮출 실내기별로 나눠진 복수의 순환그룹을 저장하고 있는 순환그룹 저장부(62)와, 경보레벨 검지부(61)에서 검지한 경보레벨 및 순환그룹 저장부(62)에 저장된 데이터를 이용하여 시스템에어컨의 동작을 제어하는 운전제어부(63)와, 복수 실내기(20)의 운전상태를 감지하는 운전상태 감지부(64)를 포함한다.

순환그룹 저장부(62)에는 복수의 실내기(20)를 여러 개의 그룹으로 나눈 복수의 순환그룹이 설정되어 저장된다. 이 때 순환그룹은 각 실내기(20)가 배치된 공간의 냉난방 특성 기타 여러 요소를 고려하여 사용자가 결정한다.

운전제어부(63)는 경보레벨 검지부(61)에서 검지된 경보레벨을 파악하여 순환그룹 저장부(62)에 저장된 순환그룹 중에서 몇 개의 그룹에 속하는 실내기(20)들을 교대로 저전력 운전모드로 전환시키거나 오프시킬 것인지를 결정하는 것으로, 상기 운전상태 검지부(64)에서 검지된 실내기(20)의 운전상태를 파악하여 냉난방 운전 중인 실내기(20)만을 추출하고, 추출된 실내기(20)만을 대상으로 새로운 순환그룹을 생성하여 상기 순환그룹 저장부(62)에 저장한다. 저전력 운전모드는 기설정된 설정온도를 바꾸거나 송풍팬의 분당회전수를 낮추는 등 다양한 방법으로 수행할 수 있다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이 다수의 실내기(20)로 이루어진 각 그룹이 8개( 그룹1, 그룹2, 그룹3 ㆍㆍㆍ 그룹8)로 구성되어 있다고 했을 때, 각 그룹별로 소비전력의 감소를 위해 운전가동율을 낮출지 여부가 결정되는 시스템에어컨에서 n개의 경보릴레이(40) 중에서 한 개의 릴레이가 차단되면 경보레벨이 1단계인 것으로 보아 1개의 그룹에 속하는 실내기(20)들만 순차적으로 실내기(20)를 오프시키거나, 저전력 운전모드로 전환시킨다.

다음, 2단계의 경보레벨이 입력되면 2개의 그룹을 묶어 2개의 그룹씩 순차적으로 운전가동율을 낮추고, 3단계의 경보레벨이 입력되면 3개의 그룹을 묶어 3개의 그룹씩 순차적으로 운전가동율을 낮춘다. 3단계의 경보레벨이 입력된 경우에 있어 본 발명 시스템에어컨의 피크전력 제어를 도 4에 도시하였다.

이하, 상기와 같이 구성된 시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 시스템에어컨의 전력제어방법을 나타낸 동작 흐름도이다.

디멘드 제어기(30)는 수용가 전체 부하의 소비전력을 측정하여(S100) 15분 평균 소비전력량이 미리 정해진 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되는가를 판단한다(S110).

상기 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과하지 않을 것으로 판단되면 S100으로 리턴하고, 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 판단되면 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서가 되었는가를 판단한다(S120).

상기 판단결과, 시스템에어컨이 아닌 다른 부하가 소비전력 관리대상 순서가 되었다면 해당 부하의 운전모드를 저전력 운전모드로 전환시키거나 해당 부하의 운전을 정지시킨다(S125).

그러나 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서가 되었다면 디멘드 제어기(30)는 경보릴레이(40)에서 1개의 릴레이를 차단하기 위한 제어신호를 경보릴레이(40)에 전송하여 1개의 릴레이를 차단시킨다(S130,S140).

인터페이스모듈(50)은 경보릴레이(40)를 모니터링 하다가 시스템에어컨과 관련된 릴레이가 차단되면 차단된 릴레이 수에 상응하는 경보레벨을 설정하여 경보레벨 검지부(61)로 전달한다(S150). 이때 1개의 릴레이가 차단되었으므로 경보릴레이는 1단계로 설정한다.

이러한 상태에서, 운전상태 검지부(64)는 실내기(20)의 운전상태를 검지하여 냉난방 운전 중인 실내기(20)만을 추출하고 이를 운전제어부(63)에 전달하고(S160), 운전제어부(63)는 추출된 실내기(20)만을 대상으로 새로운 순환그룹을 생성하여 순환그룹 저장부(62)에 저장한다(S170).

그리고, 운전제어부(63)는 경보레벨 검지부(61)에서 검지된 경보레벨을 파악하고, 경보레벨이 1단계이므로 새롭게 생성된 복수의 순환그룹 중에서 한 개의 그룹씩 순환시키면서 각 순환그룹에 소속된 실내기(20)를 저전력 운전모드로 전환시키거나 오프시킨다(S180).

각 1개의 순환그룹에 소속된 실내기(20)들의 운전가동율을 순차적으로 낮춰 운전하는 중에 디멘드 제어기(30)는 다시 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량 을 초과할 것으로 예상되는가를 판단하여(S190), 여전히 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 판단되면 디멘드 제어기(30)는 2개의 릴레이를 차단하도록 하는 제어신호를 경보릴레이(12)에 전송하여 2개의 릴레이를 차단시킨다(S200). 2개의 릴레이가 차단되면 인터페이스모듈(50)은 2단계 경보레벨을 경보레벨 검지부(61)에 전달한 후 S140 이후의 동작을 반복하여 진행한다.

본 발명 시스템에어컨의 전력제어장치에서 경보레벨은 수용가 전체의 15분 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과하지 않을 것으로 예상될 때까지 증가하며 그에 따라 운전가동율을 낮추기 위해 함께 순환하는 그룹의 숫자도 증가된다.

도 4는 최고의 악조건인 3단계의 경보레벨 상황에서 냉난방 운전 중인 실내기(20; 그룹2, 그룹4, 그룹6)만을 추출하여 새로운 순환그룹을 생성한 경우에 있어서 피크제어의 효과가 극대화되는 것을 예시하였다.

상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법에 의하면, 시스템에어컨이 설치된 수용가에서 각 실내기별 피크전력을 제어함에 있어서 사용자의 오설정이나 사용상의 오류로 인해 피크전력제어가 효과적으로 이루어지지 못하는 것을 방지하기 위해 운전 중인 실내기만을 대상으로 피크전력을 제어하여 여름철이나 겨울철 등 전력수요가 많은 계절에 피크전력을 항상 일정하게 유지하도록 함으로서 전력사용요금을 절감할 수 있다는 효과가 있다.

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 시스템에어컨의 전력제어장치 및 그 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

1. 복수의 실내기를 가지는 시스템에어컨의 전력제어장치에 있어서,

   수용가 전체 부하의 소비전력을 측정하여 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되고, 상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서이면 시스템에어컨으로 소비전력 관리명령을 발생시키는 디멘드 제어기; 및

   상기 소비전력 관리명령에 의해 상기 복수의 실내기 중 운전 중인 실내기만을 추출하여 피크전력을 제어하는 중앙제어기를

   포함하는 것을 특징으로 하는 시스템에어컨의 전력제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 중앙제어기는 상기 복수의 실내기 중 운전 중인 실내기만을 추출하고, 추출된 실내기만을 대상으로 새로운 순환그룹을 생성하여 운전 중인 실내기의 소비전력이 낮아지도록 피크전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템에어컨의 전력제어장치.
3. 복수의 실내기를 가지는 시스템에어컨의 전력제어방법에 있어서,

   수용가 전체 부하의 소비전력을 측정하여 평균 소비전력량이 기준 소비전력량을 초과할 것으로 예상되면 상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서인가를 판단하는 단계;

   상기 시스템에어컨이 소비전력 관리대상 순서이면 시스템에어컨의 소비전력을 줄이기 위한 소비전력 관리명령을 발생시키는 단계; 및

   발생된 소비전력 관리명령에 기초하여 상기 복수의 실내기 중 운전 중인 실내기만을 추출하여 피크전력을 제어하는 단계를

   포함하는 것을 특징으로 하는 시스템에어컨의 전력제어방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 피크전력을 제어하는 단계는,

   상기 복수 실내기의 운전상태를 검지하여 운전 중인 실내기만을 추출하고,

   추출된 실내기만을 대상으로 새로운 순환그룹을 생성하며,

   생성된 순환그룹에 기초하여 운전 중인 실내기의 소비전력을 낮추어 피크전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 시스템에어컨의 전력제어방법.

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