KR20110093461A - 스마트 그리드용 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 그리드 환경에서 현재 전기 가격에 따라 지능적으로 전원 공급을 제어하거나 현재 전기의 가격을 시각적인 수단을 이용하여 표시할 수 있는 기능을 구비한 스마트 그리드용 스위치에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치은 적어도 하나 이상의 외부온오프입력부가 구비된 스위치에 있어서, 전기가격정보 제공장치와 통신 수단으로 접속되어 전기 가격 정보를 수신하는 가격정보통신부와, 상기 가격정보통신부로부터 수신된 전기 가격 정보를 시각적 형태로 표시하는 가격표시부를 포함한다.

Description

스마트 그리드용 스위치{Switch for smart grid}

본 발명은 전기 스위치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스마트 그리드 환경에서 현재 전기 가격에 따라 자동으로 조명장치로의 전력 공급을 제어하거나 현재 전기의 가격을 시각적인 수단을 이용하여 표시할 수 있는 기능을 구비한 스마트 그리드 기반의 스위치에 관한 것이다.

통상적으로 전기의 가격은 산업용, 농업용, 일반용 등 용도에 따라 가격 차이가 있고, 전기의 수요와 공급의 관계나 전기를 공급하는 공급자에 따라 가격이 달라지지는 않았다.

그러나, 스마트 그리드(smart grid) 기술이 점차 보급되어 감에 따라 전기의 가격은 더 이상 고정된 것이 아니라, 전기의 수요와 공급의 관계, 전기를 공급하는 공급자 즉, 중앙 발전소, 지역 발전소, 아파트 단지내 발전소, 각 가정내 발전 시설 등에 따라 시시각각 변화하게 되었다.

이러한 공급자에 따른 가격 차이는 이미 국내외에서 시범 단지를 구축하여 이러한 변동 요금제를 시범적으로 적용하여 전기 에너지의 유연한 요금 제도를 검증하고 있는 실정이다.

전기의 가격을 상기한 예와 같은 다양한 조건에 따라 시시각각 변화시키고, 이에 따라 전기 사용 요금을 과금하기 위해서는 먼저 시시각각 변화하는 전기 요금에 따라 과금을 할 수 있는 전기 계량기가 필요하며, 이를 위해 "스마트 미터기(smart meter)"가 개발되어 있다. 스마트 미터기는 종래의 전기 계량기를 대체하여, 시시각각 변화하는 전기 가격에 따라 사용자에게 과금할 전기 요금을 산정해주는 IT기술이 접목된 전기 계량기로, 전력공급회사와 같은 유틸리티(utility)에서 현재 전기 가격 정보를 제공하는 서버와 유무선 통신 수단(CDMA, 광케이블, 전화선, 전력선 등)으로 연결되어 원격 검침 기능뿐만 아니라, 시시각각으로 변화하는 전기 가격을 수신하고 이에 따라 전기 사용 요금을 산정하는 기능을 가지고 있는 스마트 그리드 기술이 접목된 전기 계량기이다. 보통 스마트 미터기는 전면부에 전기 사용량과 현재 전기 가격을 액정 디스플레이(LCD)로 표기하는 기능을 가지고 있다.

대한민국 정부는 2020년까지 전국의 모든 전기 계량기를 스마트 미터기로 100% 교체하겠다고 발표하였다. 이와 같이 스마트 미터기의 보급에 서두르는 이유는 전기 수요에 따라 전기의 가격을 유연하게 변화시키면 에너지 수요 피크(peak)를 완화시킬 수 있고, 이로 인해 원자력 발전에 비해 전기 생산 비용이 상대적으로 높은 석유, 가스를 원료로 하는 화력 발전 또는 수력 발전의 의존도를 낮추어 궁극적으로 탄소 배출량을 줄이고 에너지 사용의 효율성을 제고하고자 하는 목적과, 에너지 수요 피크를 완화함으로써 화력 발전에 필요한 석유나 가스와 같은 원자재의 수입을 절감하기 위한 것이다.

이러한 정부의 의도가 반영되어 성공적으로 전기 에너지 사용량을 줄이기 위해서는 무엇보다 전기를 사용하는 사용자의 적극적인 참여가 필수적이다.

예를 들면, 전기 사용량이 폭증하는 한여름 낮 시간대에 전력공급회사(예, 한국전력공사)는 전기 가격을 수요에 따라 올릴 것이며, 사용자는 상승한 가격에 따라 자발적으로 전기 사용량을 줄여야(예를 들면 불필요한 전등을 끄거나, 에어컨의 설정 온도를 조절함으로써) 정부가 의도하는 에너지 절약 및 저탄소 성장이라는 소기의 목적을 달성할 수 있게 되는 것이다.

그러나 현재까지 제안된 기술은 하기와 같은 문제점을 가진다.

첫째 문제는 스마트 미터기를 종래의 전기 계량기를 대체하여 설치하여야 하는 것으로, 종래의 전기 계량기가 설치된 곳에 종래의 전기 계량기를 떼어내고 스마트 미터기를 설치하여야 하는 문제이다. 즉, 시시각각 변화하는 전기 가격을 전력공급회사로부터 수신하여 전기 요금을 산정하는 스마트 미터기는 옥외에 설치되는 것이 일반적이며, 실제로 실내에서 전기 제품을 사용하는 현장과는 동떨어진 곳에 위치하고 있다. 따라서, 스마트 미터기의 액정 디스플레이(LCD)에 현재 전기의 가격이 표시된다고 하더라도, 사용자가 옥외에 나가 이를 매번 확인하여 에너지 절감에 참여하기란 현실적으로 대단히 어렵다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 가정 내에 설치되어 있는 홈오토메이션 게이트웨이 또는 현재 전기 가격을 표시해주는 전용 단말기가 스마트 미터기로부터 현재 전기 가격을 수신하여 상기 홈오토메이션 게이트웨이 또는 전용 단말기의 화면에 출력시켜주는 방식이 제안되어 있다.

그러나 이러한 홈오토메이션 게이트웨이나 전용 단말기도 거실에 설치되어 있는 것이 일반적이며, 전기 가격을 확인하기 위해 상기 홈오토메이션 게이트웨이나 전용 단말기가 있는 곳까지 가야 한다는 점에서 사용자가 시시각각으로 변화하는 전기 가격에 따라 전기 에너지 절감에 자발적으로 참여하기가 대단히 불편하다는 문제점이 있다.

둘째 문제는 스마트 미터기가 시시각각으로 변화하는 전기 가격을 전력공급회사로부터 수신하기는 하나 스마트 미터기는 변화하는 전기 가격에 따라 사용자에게 청구할 전기 요금을 산정하는 역할을 할 뿐, 이러한 가격 변화에 따라 전기제품, 특히 조명장치에 공급되는 전력을 자동으로 제어(ON/OFF)하는 기능이 없다는 문제점이 있다. 스마트 미터기는 건물이나 가정으로 전력선이 인입되는 지점(주로 옥외)에 설치되기 때문에 각 조명장치로 입력되는 전력을 따로따로 제어하는 것이 불가능하기 때문이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로써, 전기를 사용하는 사용자가 현재 전기의 가격을 바로 확인하고 현재 전기 가격에 따라 유연하게 전기 사용량을 조절하여 에너지 절감에 용이하게 참여할 수 있도록 전기 가격 표시 기능을 구비한 스마트 그리드용 스위치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 변화하는 전기 가격에 따라 조명 장치로의 전력 공급을 자동으로 차단하거나 차단을 해제할 수 있는 스마트 그리드용 스위치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 그리드용 스위치는, 외부의 전기가격정보 제공장치와 연계되며, 적어도 하나 이상의 외부온오프입력부가 구비된 부하장치의 스위치로서, (A) 상기 전기가격정보 제공장치와 통신수단으로 접속되어 전기 가격 정보를 수신하는 가격정보통신부; 및 (B) 상기 가격정보통신부로부터 수신된 전기 가격 정보를 시각적 형태로 표시하는 가격표시부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 상기 스마트 그리드용 스위치는, (C) 상기 외부온오프입력부로부터의 입력신호를 받으면 부하장치로의 전원을 반전(toggle)시키며, 상기 가격정보통신부로부터 수신한 전기 가격과 기준가격을 비교하여 부하장치로의 전원을 연결하거나 차단하는 전원제어부를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 전원제어부는 상기 가격정보통신부로부터 수신한 전기 가격이 기준가격을 초과하면 부하장치로의 전원을 차단하도록 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 부하장치는 조명장치일 수 있다. 이때, 본 발명에 의한 스위치는 상기 조명장치가 설치된 장소에 사람이 존재하는지를 감지하여 감지신호를 상기 전원제어부로 전달하는 센서부를 추가로 포함하며, 상기 전원제어부는, 상기 가격정보통신부로부터 수신한 전기 가격과 기준가격을 비교하여 부하장치로의 전원을 차단하기 전에, 최근 소정의 시간 내에 상기 센서부로부터의 감지신호가 있었는지를 확인하고, 없었던 경우에만 전원을 차단하도록 하는 것이 바람직하다. 이때 조명장치가 다수인 경우(예를 들면, 큰 사무실에 형광등이 다수 설치된 경우)에 조명장치 모두에 대해 전원이 차단될 수도 있고, 사전에 지정된 소정의 조명장치만 일부 전원이 차단될 수도 있다.

한편, 본 발명에 의한 상기 스위치에는, 상기 가격정보통신부로부터 수신된 전기 가격이 기준가격을 초과하는 경우에는 이를 시각적 또는 청각적으로 사용자에게 알리는 경고부가 추가될 수 있다.

또한 본 발명에서는, 외부 단말기와 통신하여 가격정보 및 스위치마다의 전원제어정보를 전송하는 단말기통신부를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치는 옥내에서 전기의 현재 가격을 확인하거나 전기 가격 상승에 대한 경고를 받을 수 있게 되므로 현재 전기 가격에 따라 유연하게 전기 사용량을 조절하여 에너지 절감에 훨씬 용이하게 참여할 수 있는 효과가 있다. 특히, 전기 스위치는 방의 출입구 옆이나 복도의 입구 등 사용자의 눈에 잘 띄는 곳에 위치하는 것이 일반적이므로, 사용자가 생활하는 공간과 가까이 있는 스마트 그리드용 스위치를 통해 전기 가격의 상승 여부에 대해 용이하게 인식할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전기 에너지의 수요와 공급의 관계에 의해 시시각각으로 변화하는 전기 가격에 따라 조명장치로의 전원 공급을 자동으로 차단하거나 차단을 해제할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치를 이용하여 전기의 가격이 상승하면 자동으로 조명장치의 전부 혹은 일부가 소등되도록 함으로써 전기 에너지를 절감할 수 있게 된다.

또한, 시시각각으로 변화하는 전기 가격에 따라 자동으로 조명장치로 공급되는 전기 에너지의 수요를 분산시킴으로써 전기 에너지의 생산 비용의 증가를 막고 원자재 수입 비용을 절감하는 효과가 있다.

또한, 전기 가격에 따라 자동으로 전원의 공급을 차단 또는 차단 해제함으로써 전기 에너지 수요가 폭증함으로써 발생되는 정전 사고나 전기의 품질 저하를 사전에 방지할 수 있는 효과도 있다. 즉, 전기 수요가 감당하기 어려울 정도로 상승할 때 전기 가격을 올려 자동으로 조명장치로 공급되는 전원을 순차적으로 차단시킴으로써 전기의 소비를 줄여 불의의 정전 사고를 방지할 수 있게 된다. 예를 들면 조명장치의 일부 혹은 전부가 잠시 소등되어도 생활 및 업무에 큰 영향이 없는 인테리어 목적의 장식등이나 복도 등의 경우 전기 가격이 20% 이상 상승하면 전원을 차단하도록 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치를 이용하여 설정해 두었다고 하면, 전원 수요가 폭증할 때에 전원공급회사는 전기 가격을 적절히 상승시킬 것이며, 이 때 상기 조명장치에는 전원 공급이 자동으로 차단되어 국가 전체적으로 전원 수요량을 조절할 수 있게 되어 불측의 정전이 되는 사태를 피할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 시시각각으로 변화하는 전기 가격을 사용자에게 알리기 위해 곳곳에 홈오토메이션 게이트웨이나 전용 단말기를 설치할 필요 없이, 종래의 스위치를 스마트 그리드용 스위치로 교체하면 사용자가 생활하는 모든 공간에서 전기 가격을 실시간으로 확인해볼 수 있게 되므로, 홈오토메이션 게이트웨이나 전용 단말기를 별도로 모든 공간에 설치하는 것에 비하여 시공에 소요되는 비용과 시간이 획기적으로 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드용 스위치를 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드용 스위치의 작동 방법을 나타낸 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치 예시적 사시도로서 매설형 스위치를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

하기에서는 설명의 편의를 위해 부하장치로서 조명장치를 예시하여 설명한다. 또한 도면과 그 설명에서는, 설명의 편의를 위해 구성요소들을 포괄하여 전원표시단말기(10)라 칭하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이것이 본 발명에 의한 스위치의 물리적 구조를 한정하는 것은 아니다. 또한 하기에서는 외부온오프입력부(30)와 전원표시단말기(10)를 별개의 독립적 구성으로 표현하였으나, 이는 예시적인 것일 뿐 이들이 일체화되어 본 발명에 의한 스마트 그리드용 스위치를 구성할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 그리드용 스위치의 구성을 보여주는 구성도이다.

먼저, 일 실시예의 본 발명의 스마트 그리드용 스위치는 적어도 하나 이상의 외부온오프입력부(30)가 구비된 스위치에 있어서, 상기 외부온오프입력부(30)와 연결되어 외부온오프입력부(30)를 통해 공급되는 전원을 단속하는 전원표시단말기(10)를 포함하여 구성되고, 상기 전원표시단말기(10)는 전기가격정보 제공장치(20)와 통신 수단으로 접속되어 전기 가격 정보를 수신하는 가격정보통신부(11)와 ; 상기 가격정보통신부(11)로부터 수신된 전기 가격 정보를 시각적 형태로 표시하는 가격표시부(12)를 포함하여 구성된 것이 특징이다.

본 발명을 구성하는 스위치에 구비된 외부온오프입력부(30)는 종래의 스위치에도 존재하는 구성 요소로, 전원선의 전원을 조명장치(40)로 공급/차단하는 기능을 한다.

도 1에서는 외부온오프입력부(30)와 조명장치(40)가 직접 전원선으로 접속되는 것으로 도시하였으나, 조명장치는 별도의 전원선으로 구동되고 조명장치의 ON/OFF는 전기 스위치로부터 유무선 신호를 전달하는 것으로 구성될 수도 있다.

이러한 본 발명의 스위치에 구성된 전원표시단말기(10)는 해당 스위치를 통해 부하장치에 공급되는 전기의 가격을 표시하는 수단으로 상기 전기가격정보 제공장치(20)는 시시각각으로 변화하는 전기의 가격을 스마트 그리드용 스위치에 제공해주는 장치로서 예를 들면, 전원공급회사에서 관리하는 전기 가격 정보를 제공하는 서버 컴퓨터일 수도 있으며, 각 건물 또는 세대마다 존재하는 스마트 미터기일 수 있다.

또한, 상기 전기가격정보 제공장치(20)는 전기 가격 정보 제공 서버 컴퓨터나 스마트 미터기로부터 전기 가격 정보를 수신하여 이를 또 다른 장치로 중계하는 홈오토메이션 게이트웨이일 수도 있다.

전원공급회사에서 관리하는 전기 가격 정보를 제공하는 서버 컴퓨터나, 스마트 미터기, 홈오토메이션 게이트웨이 등은 처리 용량과 처리 속도면에서 차이가 있을 뿐 기본적으로 모두 디지털 정보의 처리, 저장, 전송 기능을 구비한 컴퓨터이므로 이러한 장치가 하기에서 설명하는 바와 같이 종래의 컴퓨터간 통신에 사용되는 다양한 통신 수단을 이용하여 상기 가격정보통신부(11)에 가격 정보를 전송하고, 이 가격 정보는 상기 가격표시부(12)에 표시되는 것이다.

상기 가격정보통신부(11)는 다양한 유무선 통신수단에 의해 접속되어 정보를 교환할 수 있는 것으로 예를 들면, CDMA와 같은 셀룰러 무선 통신, 지그비(ZigBee)나 블루투스(Bluetooth)와 같은 근거리 무선 통신, 이더넷(Ethernet)과 같은 근거리 유선 통신, Wi-Fi와 같은 무선 통신, 전화선을 이용한 유선 통신, 전원선을 이용한 유선 통신(PLC; Power Line Communication) 및 이들과 균등한 통신 수단 또는 이들의 조합하여 이용할 수 있다.

특히, 상기 가격정보통신부(11)와 전기가격정보 제공장치(20)를 연결하는 통신수단으로 전원선 통신(PLC)을 이용하는 경우에는 전기가격정보 제공장치인 스마트 미터기와 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치가 접속하고 있는 전원선 자체를 통신 매체로 사용하기 때문에 스마트 미터기와 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치 간에 별도의 통신 선로를 구비하지 않아도 된다는 장점이 있다.

또한, 통신 수단으로 무선 통신을 사용하는 경우에는 지그비를 이용하는 것이 바람직하다. 지그비를 상기 통신 수단으로 이용하는 경우 블루투스에 비해 통신이 가능한 거리가 길고, 블루투스에 비해 더 많은 장치가 동시에 통신이 가능하다는 장점이 있으며, Wi-Fi보다 제조 단가가 낮다는 장점이 있다.

상기한 다양한 통신 수단을 이용하여 정보를 송수신하는 실시예는 당업자에게 널리 알려져 있는 주지 관용 기술이므로 더 상세한 설명은 생략한다.

상기 가격표시부(12)가 상기 가격정보통신부(11)를 통하여 수신된 전기 가격을 표시하는 방법은 상대적 전기 가격 표시 방법과 절대적 전기 가격 표시 방법이 있을 수 있고, 상대적 전기 가격 표시 방법은 표준 전기 가격에 대비하여 현재 전기 가격이 얼마나 비싸거나 싼지를 표시하는 방법을 의미하며, 절대적 전기 가격 표시 방법은 정확한 전기의 가격을 표기하는 방법을 의미한다.

예를 들어, 상대적 전기 가격 표시 방법은 표준 전기 가격에 대비하여 20%가 저렴하다거나, 30원이 저렴하다는 식으로 현재 전기 가격을 표시할 수 있을 것이고, 절대적 가격 표시 방법으로는 현재의 전기 가격을 "200원/kWh"와 같은 정확한 가격으로 표시할 수 있을 것이다.

이 때, 상대적 전기 가격 표시 방법에서 가격의 기준이 되는 표준 전기 가격이란 할인이나 할증이 되지 않은 전기의 가격을 의미하는 것으로, 상대적 전기 가격 표시 방법을 이용하여 현재 전기 가격을 표시할 때에는 가격정보통신부(11)를 통하여 전기가격정보 제공장치(20)로부터 전기 가격을 수신할 때 현재 전기 가격뿐만 아니라, 기준이 되는 표준 전기 가격 정보도 함께 수신하는 것이 바람직하다.

또는, 가격정보통신부(11)로부터 수신된 전기 가격을 소정의 기간 동안 소정의 간격(예를 들면 1시간 간격으로 24시간 동안)으로 샘플링하고 샘플링된 전기 가격의 평균을 구하여, 이를 표준 전기 가격으로 이용하는 것도 가능할 것이다.

이러한 가격표시부(12)를 구성하는 수단으로는 발광다이오드(LED), 액정 디스플레이(LCD), FND(Flexible Numeric Display) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.

먼저 발광 다이오드(LED)를 이용하여 가격표시부(12)를 구현하는 실시예를 설명하면, 발광 다이오드는 구체적인 문자를 표기할 수 없으므로 현재 전기 가격이 표준 가격과 10% 미만의 차이가 난다면 백색 LED를 점등하고, 현재 전기 가격이 표준 전기 가격보다 10% 이상 비싸다면 적색 LED를 점등하고, 현재 전기 가격이 표준 전기 가격보다 10% 이상 저렴하다면 녹색 LED를 점등하는 방식으로 사용자에게 전기 가격을 표시해줄 수 있도록 구성할 수 있다.

또 다른 방법으로는 다수의 LED 소자가 일렬로 배치되어 있는 LED 바 어레이를 이용하여 전기 가격에 따라 점등되는 LED 소자의 위치를 달리 함으로서 사용자에게 전기 가격의 상승 또는 하락 정도를 상대적으로 표시해줄 수 있을 것이다.

다음으로는 액정 디스플레이(LCD)를 이용하여 가격표시부(12)를 구현하는 실시예를 설명하면, LCD는 자유롭게 문자나 그래픽을 표현할 수 있으므로, 상기 가격정보통신부(11)를 통하여 전기가격정보 제공장치(20)로부터 수신한 현재 전기 가격을 절대적 전기 가격 표시 방법으로 표시해줄 수 있을 것이다.

예를 들어, 상기 가격정보통신부(11)를 통하여 수신한 현재 전기 가격이 1kWh당 200원이라면, LCD를 이용하여 "200원/kWh"라고 문자 형태로 표기해 줄 수 있을 것이다. 물론, LCD에도 현재 전기 가격을 문자 또는 그래픽을 이용하여 상대적 전기 가격 표시 방법으로 표시하는 것도 가능할 것이며, 절대적 전기 가격 표시 방법과 상대적 전기 가격 표시 방법을 병용하는 것도 가능할 것이다.

그 외의 가격표시부(12)를 구성할 수 있는 장치로 FND(Flexible Numeric Display; 일명 7-segment) 모듈을 이용할 경우에도 현재 전기 가격을 절대적 전기 가격 표시 방법(예를 들면 "200", "320" 등)으로 표시할 수도 있을 것이며, 상대적 전기 가격 표시 방법(예를 들면 "+30", "-20" 등)으로 표시할 수도 있을 것이다.

LED나 FND를 이용하여 가격표시부(12)를 구현할 때의 장점은, LED나 FND는 시인성(視認性)이 우수하고 전력 소비가 현저히 적다는 점이다. 또한, LCD를 이용하여 가격표시부(12)를 구현할 때의 장점은 전력 소비가 현저히 적을 뿐만 아니라 문자나 그래픽을 이용하여 전기의 가격을 자유로운 형식으로 표시해 줄 수 있다는 점이다.

본 발명에 따른 가격표시부(12)는 상기에 예시한 특정 전자 소자(LED, LCD, FND 등), 특정 색상의 LED, LCD에 표기되는 특정 형식의 문구에 의하여 한정되는 것은 아니며, 상기 예시는 단지 가격표시부(12)의 실시예를 설명하기 위한 것에 불과하다. 상기한 설명과 같이 다양한 전자 소자(LED, LCD, FND 등)를 이용하여 시각적 형태로 정보를 표기하는 실시예는 본 발명이 속하는 전기, 전자 분야 및 임베디드 시스템 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있고 실시되고 있는 주지 관용 기술이므로 더 상세한 설명은 생략한다.

이러한 본 발명의 스위치에 구비된 전원표시단말기(10)는 단순히 가격 정보만을 표시할 경우 절전의 효과가 적으므로 조명 장치로 공급되는 전원을 근본적으로 단속할 수 있는 제어수단을 구비하는 것이 바람직하며, 이러한 제어수단으로는 전원제어부(13)를 더 구비하고 있다. 상기 전원제어부(10)는 상기 외부온오프입력부(30)로부터의 입력신호를 받으면 부하장치로의 전원을 반전(toggle)시키며, 상기 가격정보통신부로부터 수신한 전기 가격과 기준가격을 비교하여 부하장치로의 전원을 연결하거나 차단하는 기능을 한다. 즉, 상기 전원제어부(13)는 가격정보통신부(11)로부터 수신한 전기 가격이 기준가격을 초과하면 부하장치로의 전원을 차단하도록 할 수 있다. 그러나, 이러한 전원제어부(13)의 자동제어는 사용자에 의한 외부온오프입력부(30)의 신호보다 우선되지 않는다. 즉, 전기 가격이 기준가격을 초과하여 전원이 차단되었더라도 외부온오프입력부(30)의 신호가 있으면 전원을 공급하며, 전기 가격이 기준가격 이하여서 전원을 계속 공급하고 있더라도 외부온오프입력부(30)의 신호가 있으면 전원을 차단하는 것이다. 또한 상기 전원제어부(13)의 작동 여부 및 작동 범위, 작동 기준 등은 사전에 사용자에 의해 설정된 기준에 따라 변경될 수 있다.

상기 전원제어부(13)는 전자석이나 반도체 등을 이용한 릴레이 소자를 이용하여 구현될 수 있다.

한편, 스마트 그리드용 스위치가 설치된 장소가 공부방이나 사무공간 등 전기 가격이 기준가격을 초과하더라도 무조건적으로 조명장치를 소등하여서는 아니되는 곳이 존재할 수 있다. 예를 들면, 공부방이나 사무 공간의 경우 조명 장치가 소등되면 시력 저하가 발생되거나 업무의 생산성이 저하되는 등 많은 피해를 입게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 상기 전원표시단말기(10)에는 조명 장치가 위치하는 곳에 사람이 존재하는지를 감지할 수 있는 적어도 하나 이상의 센서부(14)를 추가로 구비할 수 있다. 센서부(14)는 스마트 그리드용 스위치와 일체형으로 구성될 수도 있으며, 스마트 그리드용 스위치와 이 스위치로 조작되는 조명 장치의 거리가 먼 경우에는 센서부(14)도 스위치 외부에 구비될 수 있다. 센서부가 스위치 외부에 구비되는 경우 센서부와 스위치는 센서 신호를 송수신할 수 있는 물리적 매체(전기선, 광케이블 등)로 접속될 수도 있으며, 적외선 통신(IR), 블루투스, 지그비 등 무선 통신 수단으로 접속될 수도 있다.

상기 센서부(14)는 센서부가 설치된 장소의 사람의 존재 유무를 감지하고 전기 가격 상승에 따라 조명장치를 소등할 때에 상기 센서부로부터 소정의 시간 동안 사람이 감지되지 않았을 때에만 조명장치를 소등할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

상기 센서부(14)는 적외선(열) 감지 센서, 움직임 감지 센서, 소리 감지 센서 등 다양한 센서 소자로 구현될 수 있다는 것을 당업자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 스마트 그리드용 스위치는 ① 단순히, 전기 가격이 상승하였음을 고지하거나, ② 전기 가격이 상승하였기에 스위치와 접속된 조명장치를 소정시간 이후에 소등할 예정이니 이에 대비하라는 경고신호를 표시하기 위한 수단이 필요하다.

즉, 본 발명의 스위치를 구성하는 상기 전원표시단말기(10)는 상기 가격정보통신부(11)로부터 수신된 전기 가격이 기준가격을 초과하는 경우에는 이를 사용자에게 알리는 경고부(15)를 구비하고 있다.

상기 경고부(15)는 상기 가격정보통신부(11)를 통하여 수신한 현재 전기 가격이 기 설정된 소정의 기준 가격을 초과한 경우 이를 사용자에게 경고하며, 이를 위해 시각적 수단, 청각적 수단 중 적어도 어느 하나 이상의 수단을 사용한다.

사용자에게 전기 가격의 상승에 대한 경고를 하기 위한 소정의 기준가격은 여러 가지 방법으로 정해질 수 있으며, 예를 들면, 평균 전기 가격보다 10% 이상 가격이 상승한 경우에 경고를 할 수도 있을 것이며, kWh당 가격이 특정 수치(예를 들면 kWh당 200원)를 초과하는 경우에 경고를 할 수도 있을 것이다.

사용자에게 전기 가격의 상승에 대해 경고할 때에 사용되는 시각적 경고 수단의 예를 들면, 발광 다이오드(LED)를 점등 또는 점멸할 수도 있을 것이며, LCD의 백라이트를 특정 색상으로 점등 또는 점멸함으로써 가격 상승에 대해 사용자에게 경고할 수 있을 것이다. 또한, 경고의 다른 방법으로는 LCD 화면 내에 특정 경고 문구(예를 들면 "전기 가격 상승 경고"와 같은 문구)를 표기하는 형태도 가능할 것이다.

이러한 시각적 경고 수단은 먼 거리에서도 용이하게 인식할 수 있도록 시인성(視認性)이 우수한 색상(예를 들면 적색 또는 등색)을 이용하는 것이 바람직하다.

시각적인 수단을 이용하여 경고부(15)를 구현할 경우에 이 경고부(15)를 가격표시부(12)와 동일한 시각적 표시 수단을 공유하여 구현될 수도 있을 것이다. 상기한 예와 같이 LCD를 특정한 색상으로 점등 또는 점멸하거나 LCD에 특정 문구를 표시하는 경우가 그러한 예이다.

사용자에게 전기 가격의 상승에 대해 경고할 때에 사용되는 청각적 경고 수단의 예를 들면, 부저, 스피커 또는 이들과 균등한 수단을 이용하여 경고음을 발생시킬 수 있을 것이다. 이렇게 청각적 경고 수단을 이용할 때의 장점은 사용자가 경고수단을 항시 주시하고 있지 않더라도 청각을 이용하여 용이하게 전기 가격의 상승에 대한 경고를 받을 수 있다는 점이다.

특히, 본 발명에 따른 스마트 그리드용 콘센트가 사용자의 시야에 용이하게 들어오지 않는 곳에 위치하는 경우에는 시각적 경고 수단보다 청각적 경고 수단이 더욱 바람직할 수 있을 것이다. 이러한 부저, 스피커 또는 이들과 균등한 수단을 이용하여 경고음을 발생시키는 실시예는 당업자에게 널리 알려진 주지 관용 기술이므로 더 상세한 설명은 생략한다.

상기 경고부(15)는 단순하게 전기 가격이 기준가격보다 높아진 것을 알리거나 또는 기 설정된 기준가격과 실제 전기가격을 모두 표시할 수 있으며, 전자의 경우에는 소리나 빛을 통해 단순히 알리는 수단으로 발광다이오드(LED)나 부져(BUZZER)가 사용될 수 있고, 후자의 경우에는 발광다이오드(LED), 액정 디스플레이(LCD), FND(Flexible Numeric Display) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 스위치를 구성하는 전원표시단말기(10)는 상기한 각 구성요소를 제어하고 논리, 산술 연산을 담당하는 중앙 제어부(16)를 구비하고 있다.

상기 중앙 제어부(16)는 상기 각 부를 제어하며 논리, 산술 연산 기능을 담당하는 것으로서, 마이크로컨트롤러를 이용하여 구현되는 것이 바람직하며, 상기 각 부를 마이크로컨트롤러의 외부 장치용 입출력 핀에 연결하여 정보 교환 및 제어 기능을 수행할 수 있다.

마이크로컨트롤러를 이용하여 중앙 제어부(16)를 구현하는 경우, 마이크로컨트롤러에 내장된 소프트웨어에 의해 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치가 제어되므로, 세부적인 기능을 필요에 따라 용이하게 변경, 조절 또는 설정할 수 있다는 장점이 있다.

예를 들면, 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치를 전기의 가격이 상승하였을 때 무조건적으로 차단하여도 무방한 인테리어 목적의 장식등이라면 전기 가격이 평균 가격보다 10% 이상만 비싸지면 바로 장식등을 소등해야 하는 상황이 있을 수 있으며, 반면 사무 공간에서는 전기의 가격이 상승함과 동시에 소정의 기간동안 재실감지센서를 통해 사람이 감지되지 않은 경우에만 조명장치를 소등하여야 하는 상황이 있을 수 있을 것이다. 이렇게 다양한 상황에 따라 마이크로컨트롤러 내에 내장된 소프트웨어만 상황과 요구에 맞도록 교체, 변경 또는 설정하면 하드웨어 자체를 재설계 또는 변경할 필요 없이 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.

상기 전원표시단말기(10)는 스위치(210)와 분리되어 구성할 수 있다. 즉, 본 발명의 요지는 상기한 전원표시단말기(10)로 이를 기존의 스위치(210)의 일측에 설치할 수 있도록 스위치(210)와 분리하여 구성하거나 스위치(210)와 일체로 구성할 수 있다.

또한, 다수의 외부온오프입력부(30)가 구비된 스위치의 경우 상기 전원제어부(13)를 각 외부온오프입력부(30)마다 따로 설치할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 그리드용 스위치의 작동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 다만, 하기 흐름상의 어느 위치(시점)에서도 외부온오프입력부(30)로부터의 입력신호가 있으면 전원상태가 반전(전원이 연결된 상태라면 차단하고, 차단된 상태라면 연결)되도록 하는 것이 최우선이다. 또한 사전에 사용자에 의해 본 발명에 의한 스마트 그리드용 스위치의 작동 기준이나 작동 범위 등이 설정되는 경우에는 하기 작동과정에 변화가 생길 수 있을 것이다. 즉, 도 2 및 그에 대한 설명은 초보적인 작동과정을 보여주는 것이다.

먼저, 가격정보통신부(11)는 전기가격정보 제공장치(20)로부터 현재 전기 가격을 수신한다(S1). 이 때 현재 전기 가격 정보와 함께 표준 전기 가격 정보도 수신할 수 있으며, 가격표시부(12)는 상기 가격정보통신부(11)로부터 수신된 현재 전기 가격을 시각적 수단을 이용하여 표시한다(S2).

상기 가격정보통신부(11)로부터 수신된 표준 전기 가격을 이용하여 현재 전기 가격이 평균 전기 가격과 대비하여 얼마나 비싸거나 저렴한지에 대한 정보도 함께 표기할 수도 있고, 상기 가격정보통신부(11)로부터 수신한 현재 전기 가격이 기 설정된 소정의 전기 기준가격을 초과하는지를 판단한다(S3).

만약, 현재 전기 가격이 기 설정된 소정의 전기 기준가격을 초과하였다면, 경고부(15)는 시각적 수단, 청각적 수단 중 적어도 어느 하나의 수단을 이용하여 사용자에게 전기 가격 상승에 대하여 경고한다(S4).

센서부(14)는 조명장치가 위치하는 장소에 사람이 최근 소정의 시간 내(예를 들면 30분)에 감지되었는지를 판단하고(S5), 상기 판단 결과 최근 소정의 시간 내에 사람이 감지되지 않았다면 전원제어부(13)는 조명장치(40)로 공급되는 전원을 차단한다(S6).

만약 상기 S3 단계에서 현재 전기 가격이 기 설정된 소정의 전기 기준가격을 초과하지 않았거나, 상기 S5 단계에서 최근 소정의 시간 내에 사람이 감지되었다면 조명장치(40)로 공급되는 전원의 차단을 해제한다(S7).

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트 그리드용 스위치의 작동 과정은, 사전에 사용자에 의해 설정된 기준에 따라 변경될 수 있음은 당연하다. 예를 들면, 특별한 사정이 있어서 전기 가격에 관계없이 부하장치를 작동시켜야만 하는 경우에는 사용자가 전술한 바와 같은 스위치의 작동을 중단시킬 수 있다. 또한 예를 들면, 조명장치가 다수인 경우 조명장치 모두에 대해서 또는 사전에 지정된 소정의 조명장치에 대해서 본 발명에 의한 스위치가 작동되도록 설정할 수 있다. 만일 복수개의 스위치가 있는 경우에도 위와 같이, 전부 또는 일부에 대해서만 작동되도록 할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치의 외관을 도시한 사시도로, 특히 벽과 같은 지지물에 고정 또는 매입되는 형태의 스위치에 대한 예시도이다. 단, 도 3은 실시하고자 하는 당업자의 이해를 돕기 위해 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치를 예시적으로 표현한 도면에 불과하며, 본 발명이 도 3에서 도시한 특정 형상으로 한정되는 것은 아니며 당업자의 창작 능력에 따라 다양한 변형 실시예가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 예시적 실시예에서, 외부온오프입력부(30)는 종래와 같은 기계적인 토글스위치(도 3에서 (a))이거나, 전자적인 터치센서(도 3에서 (b))일 수 있다. 조명장치가 소등되었을 때 외부온오프입력부(30)의 위치를 쉽게 확인할 수 있도록 위치표시램프(31)을 구비할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 스위치는 종래의 스위치처럼 적어도 하나 이상의 외부온오프입력부(30)를 구비하고 있으며, 스위치로 입력되는 전원선은 도 3에 도시한 콘센트의 후면부의 입력 단자(미도시)로 접속되는 것으로 한다.

도 3에 예시한 스위치에는 LCD를 이용하여 가격표시부(213)가 구현되어 있어 가격정보통신부(11)를 통하여 전기가격정보 제공장치(20)로부터 수신한 현재 전기의 가격정보가 LCD에 표기되도록 하였다.

경고부(15)는 시각적 경고수단(211)과 청각적 경고수단(212)을 병용하여 구현되었다. 도 3의 시각적 경고수단(211)은 가격정보통신부(11)를 통해 수신한 현재 전기 가격이 기 설정된 소정의 기준 가격을 초과한 경우에 점등 또는 점멸하는 LED이며, 청각적 경고수단(212)은 가격정보통신부(11)를 통해 수신한 현재 전기 가격이 기 설정된 소정의 기준 가격을 초과한 경우에 경고음을 발생시키는 부저 또는 스피커이다.

상기한 예와 같이 경고부(15)는 시각적 경고수단(211)과 청각적 경고수단(212)을 병용함으로써 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치가 사용자의 시야에 들어오지만 사용자로부터 먼 거리에 위치해 있는 경우에는 시인성이 우수한 색상의 LED를 이용하여 사용자가 전기 가격 상승에 대해 용이하게 인식할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치가 사용자와 근거리에 위치하지만 사용자의 시야에 들어오지 않는 곳에 위치하는 경우에도 경고음을 통해 사용자가 전기 가격 상승에 대해 용이하게 인식할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 스마트 그리드용 스위치가 설치되는 현장의 특성이나 제조 단가를 고려하여 시각적 수단 또는 청각적 수단 중 어느 하나만 구비할 수도 있음은 자명한 사실이다. 또한, 도 3의 예에서 현재 전기 가격을 표시하기 위한 가격표시부(213)를 구성하는 LCD에 특정 문구를 이용하여 전기 가격 상승을 표기하거나, 특정 색상의 LCD 백라이트를 점등 또는 점멸함으로써 경고부(15)를 구현할 수도 있다는 사실 역시 당업자에게 자명하다.

또한 별도로 도시하지는 않았지만, 또한 본 발명에서는, 외부 단말기와 통신하여 전기 가격정보 및 스위치별 또는 스위치의 전기스위치부마다의 전원제어정보를 전송하는 단말기통신부를 추가로 포함할 수 있음은 당연하다. 이를 통하여 사용자는 예컨대 옥내의 모든 조명장치에 대한 전기사용에 관한 사항을 확인할 수 있다.

10 : 전원표시단말기
11 : 가격정보통신부 12 : 가격표시부
13 : 전원 제어부 14 : 센서부
15 : 경고부 16 : 중앙 제어부
20 : 전기가격정보 제공장치
30 : 외부온오프입력부
31 : 위치표시램프
40 : 조명장치
210 : 스위치
211 : 시각적 경고수단 212 : 청각적 경고수단
213 : 가격표시부

Claims (9)

1. 외부의 전기가격정보 제공장치와 연계되며, 적어도 하나 이상의 외부온오프입력부가 구비된 부하장치의 스위치로서,
   (A) 상기 전기가격정보 제공장치와 통신수단으로 접속되어 전기 가격 정보를 수신하는 가격정보통신부; 및
   (B) 상기 가격정보통신부로부터 수신된 전기 가격 정보를 시각적 형태로 표시하는 가격표시부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   (C) 상기 외부온오프입력부로부터의 입력신호를 받으면 부하장치로의 전원을 반전(toggle)시키며, 상기 가격정보통신부로부터 수신한 전기 가격과 기준가격을 비교하여 부하장치로의 전원을 연결하거나 차단하는 전원제어부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전원제어부는 상기 가격정보통신부로부터 수신한 전기 가격이 기준가격을 초과하면 부하장치로의 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 부하장치는 조명장치이고,
   상기 조명장치가 설치된 장소에 사람이 존재하는지를 감지하여 감지신호를 상기 전원제어부로 전달하는 센서부를 추가로 포함하며,
   상기 전원제어부는, 상기 가격정보통신부로부터 수신한 전기 가격과 기준가격을 비교하여 부하장치로의 전원을 차단하기 전에, 최근 소정의 시간 내에 상기 센서부로부터의 감지신호가 있었는지를 확인하고, 없었던 경우에만 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 가격정보통신부로부터 수신된 전기 가격이 기준가격을 초과하는 경우에는 이를 사용자에게 알리는 경고부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 경고부는 전기 가격 상승에 대한 정보를 사용자가 시각 또는 청각으로 확인할 수 있게 하기 위한 시각적 또는 청각적 경고수단인 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 통신수단은 지그비(zigbee), 전원선 통신(PLC) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 전원제어부는 외부온오프입력부마다 따로 설치되는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.
   
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   외부 단말기와 통신하여 가격정보 및 스위치마다의 전원제어정보를 전송하는 단말기통신부를 추가로 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드용 스위치.

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