KR20110100855A - 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템 - Google Patents

스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 각 수용가의 전력품질을 측정하는 스마트 미터 노드들로부터 전력품질의 증상항목별 정상여부 정보인 증상패킷을 수신하는 단계와, 상기 증상패킷을 분석하여 상기 노드들에 대한 전력품질의 정상여부를 확인하는 단계와, 상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드에 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정 샘플을 요청하는 단계와, 상기 측정샘플을 스탬프 처리한 스탬프 샘플 패킷을 상기 노드로부터 수신하는 단계, 및 상기 수신된 스탬프 샘플 패킷을 진단하고 모니터링 하는 단계를 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템을 제공한다.
상기 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템에 따르면, 각 수용가에 설치된 노드 상에서 측정된 AC 및 DC의 전력품질 측정데이터를 전력선 통신을 통해 원거리의 서버로 수신하여, 서버 상에서 스미트 그리드 내의 전력품질을 원격으로 양방향 실시간 감시 및 모니터링 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 노드로부터 증상패킷을 수신하다가 전력품질에 문제가 되는 증상항목을 수신하면, 정확한 분석을 위해 해당 노드에 스탬프 샘플 패킷을 요청 및 수신함으로써, 제한된 전력선 채널 대역폭을 효과적으로 활용할 수 있으며, 그리드 내 다수 노드에 대한 전력품질의 실시간 안정적인 동시 모니터링이 수행될 수 있다.

Description

스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템{Method for remote monitering of smart grid electric power quality and thereof for system}
본 발명은 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차세대 지능형 전력망인 스마트 그리드(Smart Grid)의 전력 품질을 원격에서 효과적으로 모니터링할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
스마트 그리드는 미래의 CO2 저감 및 에너지 절약을 실현하는 차세대 지능형 전력망으로서, 태양전지, 풍력, 열병합, PHEV(plug-in hybrid electric vehicle) 등 각종 신재생 에너지원과 종래 에너지원(ex, 수력,원자력,화력)이 함께 연계 운용되는 분산전원 시스템이다.
이러한 스마트 그리드는 종래의 한전에서 수용가를 향한 일방향적인 에너지 유통방식과는 달리, 양방향으로 실시간 누구든지 에너지 유통과정(ex, 생산, 전송, 저장, 소비)에 참여할 수 있는 이점이 있다. 참여 가능 대상으로는 공영사업자, 민영사업자, 개인(프로슈머) 등이 있다.
종래 방식과는 달리, 각종 AC 혹은 DC 분산전원 간 계통연계 운영되는 스마트 그리드 하에서, 원활한 맞춤형 에너지 유통체계를 구축하기 위해서는, 전력서비스의 품질보장이 무엇보다 중요하다. 다시 말해서, 각 가정과 공장의 에너지 수요에 맞춘 계통별, 등급별 맞춤형 에너지 서비스 공급은 품질보장의 전제 하에 가능하여 진다.
본 발명은 스마트 그리드의 전력 품질을 원격에서 효과적으로 양방향 제어 및 모니터할 수 있는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 각 수용가의 전력품질을 측정하는 스마트 미터 노드들로부터 전력품질의 증상항목별 정상여부 정보인 증상패킷을 수신하는 단계와, 상기 증상패킷을 분석하여 상기 노드들에 대한 전력품질의 정상여부를 확인하는 단계와, 상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드에 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정 샘플을 요청하는 단계와, 상기 측정샘플을 스탬프 처리한 스탬프 샘플 패킷을 상기 노드로부터 수신하는 단계, 및 상기 수신된 스탬프 샘플 패킷을 진단하고 모니터링 하는 단계를 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법을 제공한다.
여기서, 상기 스탬프 샘플 패킷은, 상기 측정샘플에 대한 일련번호, 이상발생횟수, 이상발생시간, 이상종료시간, 이상지속시간 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 노드는, 상기 증상패킷을 전송한 뒤, 상기 이상이 발견된 측정샘플에 대한 스탬프 샘플 패킷을 생성하여 메모리에 저장하고, 상기 요청이 있는 경우 상기 저장된 스탬프 샘플 패킷을 전송하며, 상기 측정샘플은, 이상발견 시점으로부터 일정 기간 측정되어 슬라이딩 윈도우에 저장되는 샘플일 수 있다.
또한, 상기 노드는, 상기 증상패킷을 일정 주기로 전송하되, 전송정지 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 정지하고, 전송 재시작 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 재개할 수 있다.
여기서, 상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드 측에 상기 측정샘플의 요청을 위한 명령 패킷을 전송하는 동안, 주변의 다른 노드들 측에 상기 증상패킷의 전송을 정지하라는 명령 패킷을 전송할 수 있다.
또한, 상기 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법은, 각각의 단계들에 따른 일련의 처리 내용을 화면 상에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 각 수용가의 전력품질을 측정하는 스마트 미터 노드들로부터 전력품질의 증상항목별 정상여부 정보인 증상패킷을 수신하는 제1수신부와, 상기 증상패킷을 분석하여 상기 노드들에 대한 전력품질의 정상여부를 확인하는 확인부와, 상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드에 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정 샘플을 요청하는 명령부와, 상기 측정샘플을 스탬프 처리한 스탬프 샘플 패킷을 상기 노드로부터 수신하는 제2수신부, 및 상기 수신된 스탬프 샘플 패킷을 진단하고 모니터링 하는 모니터부를 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 명령부는,상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드 측에 상기 측정샘플의 요청을 위한 명령 패킷을 전송하는 동안, 주변의 다른 노드들 측에 상기 증상패킷의 전송을 정지하라는 명령 패킷을 전송할 수 있다.
또한, 상기 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템은, 상기 제1수신부, 상기 확인부, 상기 제2수신부, 상기 명령부, 상기 모니터부에 따른 일련의 처리 내용을 화면 상에 표시하는 표시부를 더 포함할수 있다.
그리고, 상기 노드는, AC 전력선으로부터 수신된 전력신호를 전압강하하여 출력하는 커플러부와, 상기 커플러부에서 전압강하된 전력신호에 대한 저주파성분을 필터링하는 LPF와, 상기 LPF에서 필터링된 전력신호 중 AC 신호를 A/D 변환하고 샘플링하는 A/D컨버터와, 상기 A/D컨버터에 의해 샘플링된 AC 신호를 수신하고 처리하는 CPU와, 상기 CPU에서 처리된 AC 신호와 기 저장된 기준신호를 비교하여 상기 AC 신호에 대한 증상항목별 정상여부를 판단하고, 판단 결과에 따른 상기 증상패킷을 생성하며, 상기 판단 결과 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정샘플에 대한 스탬프 샘플 패킷을 생성하는 DSP와, 상기 DSP에서 생성된 상기 스탬프 샘플 패킷을 저장하는 메모리와, 상기 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 변조하는 모뎀과, 상기 모뎀에서 변조된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 D/A 변환하는 D/A컨버터, 및 상기 D/A컨버터에서 변환된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷에 대한 고주파성분을 필터링하는 HPF을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 커플러부는, 상기 HPF에서 필터링된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 상기 시스템으로 전송할 수 있다.
또한, 상기 노드는, 상기 전력신호 중 DC 신호는 상기 A/D변환기를 거치지 않고 직접 CPU에 입력되어 처리되도록, 상기 LPF에서 출력된 신호의 AC 또는 DC 여부를 판단하여 해당 신호를 상기 A/D변환기 또는 상기 CPU로 전송하는 스위치를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 DSP는 상기 DC 신호와 기 저장된 다른 기준신호를 비교하여 상기 DC 신호에 대한 증상항목별 정상여부를 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법 및 시스템에 따르면, 각 수용가에 설치된 노드 상에서 측정된 AC 및 DC의 전력품질 측정데이터를 전력선 통신을 통해 원거리의 서버로 수신하여, 서버 상에서 스미트 그리드 내의 전력품질을 원격으로 양방향 실시간 감시 및 모니터링 할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기의 방법 및 시스템에 따르면, 노드로부터 증상패킷을 수신하다가 전력품질에 문제가 되는 증상항목을 수신하는 경우, 정확한 분석을 위해 해당 노드에 스탬프 샘플 패킷을 요청 및 수신함으로써, 제한된 전력선 채널 대역폭을 효과적으로 활용할 수 있으며, 그리드 내 다수 노드에 대한 전력품질의 실시간 안정적인 동시 모니터링이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1의 방법을 위한 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 1의 노드에서 스탬프 샘플 패킷의 저장 예를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1의 방법의 구체적인 예를 설명하는 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 노드의 상세 구성도이다.
도 6은 도 1에 도시된 노드에서 정보를 처리하는 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법의 흐름도이다. 도 2는 도 1의 방법을 위한 시스템의 구성도이다.
상기 시스템(100)은 제1수신부(110), 확인부(120), 명령부(130), 제2수신부(140), 모니터부(150), 표시부(160)를 포함한다. 각 수용가(가정, 공장 등)에는 전력품질을 측정하는 스마트 미터(Smart quality meter;SQM) 노드들(10)이 있다. 상기 시스템(100)은 상기 노드들(10)과 양방향 통신을 수행하는 서버(Server)에 해당된다. 이하 상기 시스템(100)을 '서버(100)'로 명명하기로 한다.
이러한 본 발명은 중소규모의 스마트 그리드 내의 각 수용가에 설치된 노드(10) 상에서 측정된 AC(3상,단상) 및 DC의 전력품질 측정데이터를 전력선 통신을 통해 원거리의 서버(100)로 전송함으로써, 서버(100) 상에서 스미트 그리드 내의 전력품질을 원격으로 실시간 감시 및 모니터링 할 수 있다.
여기서, 상기 중소규모의 스마트 그리드의 예로는 N(>10000)개의 노드(10)를 수용한 하나의 아파트 단지, 혹은 하나의 테크노파크 규모를 커버하는 마이크로 그리드를 들 수 있다. 물론, 본 발명의 실시예는 상기 중소규모의 스마트 그리드에 한정되는 것이 아니라, 다른 규모의 스마트 그리드 상에서 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.
이하에서는, 상기 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법에 관하여 도 1 내지 도 2를 참조로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 상기 서버(100)는 각 수용가의 전력품질을 측정하는 스마트 미터 노드들(10)로부터 노드 ID를 전송받아 이를 확인한 다음, 전력품질 측정 및 전송을 시작하라는 명령 패킷을 각 노드들(10)에 전송한다(S110).
이러한 S110단계에서 상기 서버(100)는, 상기 제1수신부(110)를 통해 노드 ID를 수신하고 상기 명령부(130)를 통해 명령 패킷을 전송한다. 이러한 시점에서부터 서버(100)와 노드들(10) 사이의 양방향 통신이 가능하게 된다.
그리고, 서버(100)로부터 상기 명령 패킷을 수신한 노드들(10)은 자신의 노드에 대한 전력품질을 측정하고 증상항목별 증상여부 정보인 증상패킷을 생성하게 된다. 여기서, 상기 증상항목으로는 순간정전, 고조파 발생, 순간전압상승, 순간전압강하, 플리커, 서지, 상불평형 등의 AC 및 DC 항목을 포괄하는 의미이다. 또한, 상기 증상패킷은 정상여부 비트, 증상 카테코리 바이트를 포함하여 수십 바이트 이내의 짧은 패킷일 수 있다.
상기 노드들(10)은 상기 생성된 증상패킷을 제1수신부(110) 측으로 일정 주기(ex, 수초 이내)로 전송하게 된다. 여기서, 상기 노드들(10)은 증상패킷을 일정 주기로 전송하되, 상기 서버(100)의 명령부(130)로부터 전송정지 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 정지하고, 전송 재시작 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 재개한다. 즉, 노드(10)의 동작은 서버(100)의 명령에 따라 제어되는 것이다.
이상과 같은 과정을 거침에 따라, 상기 서버(100)의 제1수신부(110)는 상기 노드들(10)로부터 전력품질의 증상항목별 정상여부(정상,비정상) 정보인 상기 증상패킷을 수신한다(S120). 그리고, 상기 확인부(120)는 상기 증상패킷을 분석하여 상기 노드들에 대한 전력품질의 정상여부를 확인한다(S130).
이후, 상기 명령부(130)는, 앞서 정상여부의 확인시에 전력품질이 비정상으로 확인된 노드(10) 측에, 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정 샘플을 요청한다(S140).
이때, 명령부(130)는 전력품질이 비정상으로 확인된 노드(10) 측에 상기 측정샘플의 요청을 위한 명령 패킷을 전송하는 동안, 주변의 다른 노드들(10) 측에는 잠시 증상패킷의 전송을 정지하라는 명령 패킷을 전송한다. 실제 전력선 통신에서는 저속의 데이터 전송속도(Data rate)를 사용하므로, 속도를 유지하기 위해서는 주변 노드(10)의 전송을 잠시 중지토록 하는 것이다.
도 3은 도 1의 노드에서 스탬프 샘플 패킷의 저장 예를 나타내는 개념도이다. 상기 노드(10)는 상기 증상패킷을 서버(100) 측에 전송한 뒤, 이상이 발견된 측정샘플에 대한 스탬프 샘플 패킷(stamp sample packet)을 생성하여 메모리(17)에 저장하여 대기하고 있다. 상기 측정샘플은 이상발견 시점으로부터 일정 기간 측정되어 슬라이딩 윈도우(sliding window)에 저장되는 샘플로서, 예를 들어 이상발견시점의 앞뒤로 ±T 기간 동안에 대한 측정샘플에 해당될 수 있다.
상기 스탬프 샘플 패킷이란, 상기의 측정샘플을 스탬프 처리한 패킷으로서, 이상이 발견된 측정샘플에 대한 일련번호, 이상발생횟수, 이상발생시간, 이상종료시간, 이상지속시간 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 포함한다.
만약, 상기 S140 단계와 같이, 서버(100) 측에서 상기 측정샘플의 요청이 있는 경우, 상기 노드(10)는 상기 메모리(17)에 저장되어 있는 해당 스탬프 샘플 패킷을 서버(100) 측으로 전송한다.
이에 따라, 상기 제2수신부(140)는 상기 스탬프 샘플 패킷을 노드(10)로부터 수신한다(S150). 즉, 서버(100)는 수신된 해당 증상패킷이 비정상 증상으로 확인되면 이를 확인하고자, 스탬프 샘플 패킷을 요청하는 명령어를 노드(10) 측으로 전송한 다음, 이를 노드(10)로부터 수신할 수 있는 것이다.
이후, 모니터부(150)는 상기 수신된 스탬프 샘플 패킷을 정밀 진단하고 모니터링 한다(S160).
물론, 상기 서버(100)는 각각의 단계들(S110~S160)에 따른 일련의 처리 내용을 표시부(160)를 통해 화면 상에 실시간 표시하여 제공함으로써, 관리자로 하여금 스마트 그리드 전력품질의 원격 감시 및 확인이 실시간으로 가능하게 하고, 긴급 상황 발생시에 신속한 대응이 가능하게 한다.
도 4은 도 1의 방법의 예를 설명하는 개념도이다. 이하에서는, 도 4를 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 관하여 상세히 알아보기로 한다.
각각의 수용가에 설치된 노드들(10)의 증상패킷은, LV 전력선(보통 600V 이하)을 통해 PLC 라우터(20)(변압기 설치, MAC 프로토콜: CSMA-CA, 라우팅 프로토콜: RIP, IGRP, EIGRP, OSPF) 측으로 일정주기로 저속 전력선 전송(ex, 전송속도: 5Kbps 이하, 캐리어주파수: 450 KHz)된다.
상기 PLC 라우터(20)는 여러 노드들(10)로부터 증상패킷을 한데 모아 PLC 중계기(30)(장거리 전송시 중계)로 전송하고, PLC 중계기(30) 또한 이를 받아 PLC 게이트웨이(40) 측으로 전송한다. PLC 라우터(20), PCL 중계기(30), PLC 게이트웨이(40) 사이 구간에서는 MV 전력선(600V 이상)을 통해 고속 전력선 전송(ex, 전송속도: 20Mbps~200Mbps, 주파수: 2M ~ 30MHz)한다. 그리고, PLC 게이트웨이(40)와 서버(100) 사이 구간에는 광케이블이나 DSL(디지털 가입자 회선)을 이용하여 전송한다.
상기 노드(10)에서 측정된 증상패킷은 PLC 라우터(20) 등을 거쳐 상기 서버(100) 측에 일정주기로 전송된다. 또한, 노드(10)는 상기 증상패킷 전송과 함께, 이상이 발견된 측정샘플을 스탬프 샘플 패킷으로 만들어 메모리(17)(버퍼)에 저장하여 둔다. 버퍼의 크기는 일정 관찰시간을 저장할 수 있는 크기 이상으로 설계되며, 시간이 경과함에 따라 먼저 저장되어 있던 순으로 자동으로 메모리(17)로부터 지워지게 된다.
증상패킷을 수신한 서버(100)는 상기 증상패킷으로부터 노드(10)의 전력품질에 대한 정상여부를 확인하고, 비정상인 경우 즉, 이상이 발견된 경우에만 해당 노드(10) 측에 스탬프 샘플 패킷(수천~수만 비트 이상)의 전송을 요구한다. 이는 간섭, 페이딩 등의 열악한 채널특성으로 제한된 전력선 채널 대역폭을 효과적으로 활용하여, 그리드 내 다수 노드(10)에 대한 전력품질의 실시간 안정적인 동시 모니터링이 가능하게 하는 것이다. 이러한 일련의 과정은 서버(100)의 표시부(160)(GUI 환경) 상에 제공되어, 그리드 내 모든 노드(10)를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.
실제로 서버(100)로부터 스탬프 샘플 전송 명령을 받은 해당 노드(10)는 저장된 스탬프 샘플 패킷(해더 포함)을 PLC 라우터(20)로 전송하게 되는데, 이때 PLC 라우터(20)는 스탬프 샘플 패킷의 전송을 위해 별도로 여유대역을 사용하여, 고속으로 서버(100)로 전송하게 된다.
상기 서버(100)는 수신된 스탬프 샘플 패킷에 대하여 전력측정 정밀 알고리즘을 적용하여 정밀 진단한 다음 진단결과를 표시부(160) 상의 화면에 표시하여 준다. 물론, 경우에 따라서 상기 서버(100)는 노드(10)의 전송모드를 스탬플 샘플 전송모드에서 연속 샘플 전송모드로 전환하여, 노드(10)로부터 연속 전송된 데이터를 이용하여 정밀품질 측정이 가능하게 할 수 있다. 물론, 연속 샘플 전송모드에서는 샘플속도도 원격으로 변경이 가능하다.
또한, 만일에 그리드의 일정한 영역(혹은 전체 영역) 내의 많은 수의 노드(10)에 동시에 문제(ex, 정전)가 발생할 경우에는, PLC 라우터(20)가 갖고 있는 여유폭 내로만 제한을 두어 전송 시의 혼잡(congestion)을 막아주도록 한다.
기존의 전력품질측정 혹은 모니터링 방식은 LAN 이용한 웹기반 방식과 전력선을 이용한 방식으로 나눌 수 있는데, LAN을 이용한 방식은 일반적으로 정밀도가 요구되는 대규모 정밀 플랜트의 전력감시 기능을 갖도록 설계되어 매우 고가이고 별도의 부가설비(LAN)가 요구된다.
이에 반면, 전력선 이용방식은 부가설비가 요구되지 않지만 대역폭 제한으로 정밀도가 떨어지는 단점을 갖는다. 또한, 이러한 제한된 대역폭을 갖는 전력선을 이용한 기존 방식은 일반적으로 노드와 서버 간 1:1 전력품질 모니터링 구조를 가지며, 만일 N:1 구조를 갖는 경우에도 기존 원격 전력검침의 단순 기능만 갖도록 설계되어 있다.
본 발명은 이와는 달리 N:1 구조를 가짐과 동시에 전력품질의 모니터링이 가능한 시스템이며, 향후 스마트 그리드를 대비하여 AC(단상/3상)는 물론 DC 정밀 품질 측정 및 전송이 가능하도록 한다. 예를 들어, 전력품질의 항목에는 전력품질에서 문제가 되어지는 AC 상에서의 AC 전압, AC 전류, 고조파(Harmonics), 순간전압강하(Sag), 순간전압상승(Swell), 순간정전(Interruption)과, DC 상에서의 DC 전압, DC 전류, 서지(Surge) 등이 있다. 이때, 측정 기준은 전력품질 관련 표준안인 IEEE 1159에 맞추도록 한다. 또한, 노드(10)에서 전송되어 지는 정보는 단상, 삼상에서 모두 전송이 가능하다.
또한, 특별히 전송모드를 증상패킷 전송모드, 스탬프 샘플 패킷 전송모드, 연속 전송모드로 전환이 가능하게 하는 경우, 상시에는 증상패킷 데이터만 전송하도록 하여 제한된 전력선 대역폭을 효과적으로 활용할 수 있으며 대규모 노드(10)의 품질 감시 및 모니터링이 용이하게 한다. 또한, 증상발견시에는 서버(100)의 통보(명령)를 통해 전송모드를 변환하여 스탬프 샘플 패킷을 수신하고 그에 따른 정밀 모니터링이 가능하게 한다.
도 5는 도 1에 도시된 노드의 상세 구성도이다. 도 5를 참조하면, 상기 노드(10)는 커플러부(11), LPF(12a), 스위치(13), A/D컨버터(14), CPU(15), DSP(16), 메모리(17), 모뎀(18), D/A컨버터(19), HPF(12b)를 포함한다.
이러한 노드(10)는 일반적인 고가의 전력품질측정기(PQM: Power Quality Meter)와는 달리, 센싱 기능(필터, A/D컨버터, D/A컨버터)과 함께 DSP 기능, 저속 전력선모뎀 기능, 중앙처리기(CPU) 기능, 메모리 기능을 포함한 단일 SoC칩으로 구현될 수 있으며, 제한된 크기(휴대형) 이내로 설계되어 전력품질 측정에 있어 일부 제한적인 기능을 가짐을 가정할 수 있다. 예를 들면, 고조파의 경우 IEEE 1159에서는 63차까지 요구지만 상기 노드(10)에 해당되는 스마트 미터는 50차까지만 가능한 수준으로 설계될 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 상기 노드(10)의 구성에 관하여 상세히 설명한다.
상기 커플러부(11)는 AC 전력선으로부터 수신된 전력신호를 전압강하하여 출력한다. 이러한 커플러부(11)는 신호를 감지하는 센서와, 전압강하를 위한 커플러로 구성된다.
상기 LPF(12a)는 상기 커플러부(11)에서 전압강하된 전력신호에 대한 저주파성분을 필터링한다. 특히, 60Hz의 주파수를 차단하는 역할을 한다.
상기 A/D컨버터(14)는 상기 LPF(12a)에서 필터링된 전력신호 중 AC 신호를 A/D 변환하고 샘플링한다. 상기 CPU(15)는 상기 A/D컨버터(14)에 의해 샘플링된 AC 신호를 수신하고 처리한다.
상기 DSP(16)는 상기 CPU(15)에서 처리된 AC 신호와 기 저장된 기준신호를 비교하여 상기 AC 신호에 대한 증상항목별 정상여부를 판단하고, 판단 결과에 따른 상기 증상패킷을 생성하며, 상기 판단 결과 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정샘플에 대한 스탬프 샘플 패킷을 생성한다.
상기 메모리(17)는 앞서와 같이 상기 DSP(16)에서 생성된 상기 스탬프 샘플 패킷을 저장하는 부분이다. 즉, 이상이 발생된 해당 측정샘플은 스탬프 처리되어 상기 메모리(17)에 저장된다. 다시 말해서, 상기 노드(10)는 슬라이드 식으로 데이터를 전송하다가 전력품질에 문제가 되는 항목이 발생하면, 해당 항목을 스탬프 샘플 패킷으로 만들어 메모리(17)에 저장하게 된다.
상기 모뎀(18)은 상기 생성된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 변조한다. 상기 D/A컨버터(19)는 상기 모뎀(18)에서 변조된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 D/A 변환한다.
또한, HPF(12b)는 상기 D/A컨버터(19)에서 변환된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷에 대한 고주파성분을 필터링한다. 상기 커플러부(11)는 또한 상기 HPF(12b)에서 필터링된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 상기 시스템(100)으로 전송한다.
여기서, DC 분산전원(ex, 태양광, PHEV 등)을 측정하는 경우에는, 상기 스위치(13)를 이용한다. 즉, 상기 전력신호 중 DC 신호의 경우는 전압 강하 이후에 A/D컨버터(14)를 거치지 않고 직접 CPU(15)에 입력되어 처리되도록 하기 위하여, 상기 스위치(13)는 상기 LPF(12a)에서 출력된 신호의 AC 또는 DC 여부를 판단하여 해당 신호를 상기 A/D컨버터(14) 또는 상기 CPU(15)로 전송한다.
이에 따라, 상기 DSP(16)는 상기 DC 신호와 기 저장된 다른 기준신호를 비교하여 상기 DC 신호에 대한 증상항목별 정상여부를 판단한다. 즉, DSP(16)는 AC, DC 전원 모두에 관한 증상항목별 정상여부의 판단을 수행한다.
도 6은 도 1에 도시된 노드에서 정보를 처리하는 실시예를 보여주는 흐름도이다.
먼저, 각 가정이나 회사, 공장 등에 노드(10)가 설치된 다음, 노드(10)는 자신의 ID를 서버(100) 측으로 전송한다(S610). 이후, 서버(100)에서 ID를 확인하여 상기 노드(10)에 전송 시작 명령을 주면, 상기 노드(10)는 전력품질을 측정하고 증상항목을 구분하여 그 정상여부에 관한 증상패킷을 서버(100)에 주기적으로 전송하게 된다(S620).
여기서 주목할 점은 평소에는 전력품질의 항목만을 전송하다가, 서버(100)로부터 샘플전송 명령, 전송정지 명령 등이 수신되면(S630), 명령의 내용을 분석하여 동작한다는 점이다(S640). 즉, 상기 S630단계는 서버(100)로부터 특정 명령(control 신호)이 오는지 계속 판단하는 단계로서, 특정한 명령이 없으면 상기 S620단계를 유지한다.
상기 S640단계 이후, 상기 노드(10)는 해당 명령이 서버(100)에서 통신을 종료하라는 명령(control==000) 인지를 판단한다(S650). 그러한 경우에는 노드(10)의 통신을 종료한다.
만약, 그렇지 않은 경우, 상기 노드(10)는 해당 명령이 서버(100)에서 데이터 전송을 멈추라는 명령(control==001)인지를 판단한다(S660). 판단 결과, control==001이 맞는 경우, 데이터 전송을 잠시 멈추고 홀딩한다(S661). 이후, 노드(10)는 상기 서버(100)에서 통신을 재시작하라는 명령이 있는지를 판단하고(S662), 그러한 경우에는 상기 S620단계로 전환하여 전송을 다시 시작하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 홀딩 상태를 유지한다(S661).
다음, 상기 S660단계의 판단 결과, control==001이 아닌 경우, 해당 명령이 서버(100)에서 스탬프 샘플이 포함된 측정샘플을 전송하라는 명령(control==011) 인지를 판단한다(S670). 그러한 경우, 해당 측정샘플의 시간정보를 확인한 다음 해당 시간에 맞는 스탬프 샘플 패킷을 서버(100)에 전송한다(S671). 이후 서버(100)에서 통신을 종료하라는 명령(control==000)이 있는지 판단하여, 그러한 경우 노드(10)의 통신을 종료하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 S671단계를 유지한다.
만약, 상기 S670단계의 판단 결과, 명령 분석에 실패하였거나 control==011이 아닌 경우, 상기 노드(10)는 서버(100) 측에 명령 재전송을 요청한 후(S680), S630단계를 진행한다.
상술한 control 신호 예와 그 설명은 아래의 표 1을 참조한다.
control 설명
000 end; 서버에서 통신 종료를 명령할 때
001 stop; 서버에서 데이터 전송 정지를 명령할 때

010		 (re)start; 서버에서 초기에 노드와 통신하기 위해 보내는 명령 또는 잠시 멈추었던 전송을 다시 시작하라는 명령이나 종료되었던 통신을 다시 시작하라고 명령할 때
011 sampling; 서버에서 스탬프 샘플이 포함된 측정샘플을 요청할 때
100 measure; 노드에서 전력품질을 측정하고 항목별 증상을 전송할 때
101 sampling; 노드에서 스탬프 샘플이 포함된 측정샘플을 전송할 때
110 no problem; 노드에서 초기에 노드 ID를 전송하거나 서버와 통신하면서 전력품질에 아무 문제가 없을 때
본 발명에서, 주목할 점은 상기 서버(100)는 상기 노드(10)로부터 증상패킷을 수신하다가 전력품질에서 문제가 되는 증상항목 중 하나를 수신하게 되면, 정확한 분석을 위해 해당 노드(10)에 스탬프 샘플 패킷을 요청하여 수신할 수 있다는 점이다.
이때 LV 전력선에서는 저속 데이터 전송속도(Data rate)를 사용하므로 속도를 유지하기 위해 다른 주변 노드들(10)에게 잠시 증상패킷 발신을 중지하라고 요청할 수 있다. 다시 말해서, 상기 서버(100)는 노드로부터 ID 정보를 수신하여 해당 노드(10)를 확인한 후, 전력품질의 측정 및 전송을 시작하라는 명령을 전송한 다. 이후, 노드(10)로부터 전력품질에 문제가 되는 증상항목을 수신하는지를 판단하여, 문제가 되는 증상항목이 있으면, 해당 노드(10)에 스탬프 샘플 패킷 전송을 요청하고, 주변의 다른 노드들(10)에게는 전송을 멈추라는 명령 패킷을 전송하는 것이다.
표 2는 본 발명에 사용되는 데이터 포맷의 예를 나타낸다.
Frame Control Address1
(node)		 Address2
(router)		 Time
Info.		 Data CRC Type
(서버/노드)		 Subtype
(mode)
2byte 6byte 6byte 2byte 0-2312byte 4byte 1bit(0/1) 2bit
시작비트(start bit)와 정지비트(stop bit)는 프리앰블과 동기코드에 포함되어 있다. 데이터(Data)와 순환 중복 검사(CRC) 부분은 데이터 필드에 포함되는 부분이고, 프레임 컨트롤(Frame Control), 어드레스1,2(Address1,2), 시간정보(Time Info.)는 PCC(포터블 C 컴파일러)에 포함되는 부분이다.
또한, 프레임 컨트롤(Frame Control)의 정보 따라, 추후 데이터(Data)의 종류가 에러 종류를 말해주는 것인지 혹은 순수한 샘플링(sampling) 정보를 말해주는 것인지를 구분할 수 있게 한다. 참고로, 에러 종류일 경우와 샘플링 정보일 경우, 데이터 길이가 다르다.
어드레스1과 어드레스2는 각각 노드(10)와 라우터(20)의 주소를 나타내고 있다. 어드레스를 두 부분으로 나눈 이유는 주소 체계를 효율적으로 관리하기 위한 것이다. 만약, 서버(100)에서 데이터를 전송할 경우 어드레스 부분에는 수신되어 질 노드(10)와 거쳐가야 할 라우터(20)의 주소가 들어가게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 노드 11: 커플러부
12a: LPF 12b: HPF
13: 스위치 14: A/D컨버터
15: CPU 16: DSP
17: 메모리 18: 모뎀
19: D/A컨버터 20: 라우터
30: 중계기 40: 게이트웨이
100: 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템
110: 제1수신부 120: 확인부
130: 명령부 140: 제2수신부
150: 모니터부 160: 표시부

Claims (14)

  1. 각 수용가의 전력품질을 측정하는 스마트 미터 노드들로부터 전력품질의 증상항목별 정상여부 정보인 증상패킷을 수신하는 단계;
    상기 증상패킷을 분석하여 상기 노드들에 대한 전력품질의 정상여부를 확인하는 단계;
    상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드에 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정 샘플을 요청하는 단계;
    상기 측정샘플을 스탬프 처리한 스탬프 샘플 패킷을 상기 노드로부터 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 스탬프 샘플 패킷을 진단하고 모니터링 하는 단계를 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스탬프 샘플 패킷은,
    상기 측정샘플에 대한 일련번호, 이상발생횟수, 이상발생시간, 이상종료시간, 이상지속시간 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 노드는,
    상기 증상패킷을 전송한 뒤, 상기 이상이 발견된 측정샘플에 대한 스탬프 샘플 패킷을 생성하여 메모리에 저장하고, 상기 요청이 있는 경우 상기 저장된 스탬프 샘플 패킷을 전송하며,
    상기 측정샘플은, 이상발견 시점으로부터 일정 기간 측정되어 슬라이딩 윈도우에 저장되는 샘플인 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 노드는,
    상기 증상패킷을 일정 주기로 전송하되, 전송정지 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 정지하고, 전송 재시작 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 재개하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드 측에 상기 측정샘플의 요청을 위한 명령 패킷을 전송하는 동안, 주변의 다른 노드들 측에 상기 증상패킷의 전송을 정지하라는 명령 패킷을 전송하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 단계들에 따른 일련의 처리 내용을 화면 상에 표시하는 단계를 더 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 방법.
  7. 각 수용가의 전력품질을 측정하는 스마트 미터 노드들로부터 전력품질의 증상항목별 정상여부 정보인 증상패킷을 수신하는 제1수신부;
    상기 증상패킷을 분석하여 상기 노드들에 대한 전력품질의 정상여부를 확인하는 확인부;
    상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드에 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정 샘플을 요청하는 명령부;
    상기 측정샘플을 스탬프 처리한 스탬프 샘플 패킷을 상기 노드로부터 수신하는 제2수신부; 및
    상기 수신된 스탬프 샘플 패킷을 진단하고 모니터링 하는 모니터부를 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스탬프 샘플 패킷은,
    상기 측정샘플에 대한 일련번호, 이상발생횟수, 이상발생시간, 이상종료시간, 이상지속시간 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 노드는,
    상기 증상패킷을 전송한 뒤, 상기 이상이 발견된 측정샘플에 대한 스탬프 샘플 패킷을 생성하여 메모리에 저장하고, 상기 요청이 있는 경우 상기 저장된 스탬프 샘플 패킷을 전송하며,
    상기 측정샘플은, 이상발견 시점으로부터 일정 기간 측정되어 슬라이딩 윈도우에 저장되는 샘플인 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 노드는,
    상기 증상패킷을 일정 주기로 전송하되, 전송정지 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 정지하고, 전송 재시작 명령을 수신하면 상기 증상패킷의 전송을 재개하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 명령부는,
    상기 전력품질이 비정상으로 확인된 노드 측에 상기 측정샘플의 요청을 위한 명령 패킷을 전송하는 동안, 주변의 다른 노드들 측에 상기 증상패킷의 전송을 정지하라는 명령 패킷을 전송하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
  12. 청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1수신부, 상기 확인부, 상기 제2수신부, 상기 명령부, 상기 모니터부에 따른 일련의 처리 내용을 화면 상에 표시하는 표시부를 더 포함하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 노드는,
    AC 전력선으로부터 수신된 전력신호를 전압강하하여 출력하는 커플러부;
    상기 커플러부에서 전압강하된 전력신호에 대한 저주파성분을 필터링하는 LPF;
    상기 LPF에서 필터링된 전력신호 중 AC 신호를 A/D 변환하고 샘플링하는 A/D컨버터;
    상기 A/D컨버터에 의해 샘플링된 AC 신호를 수신하고 처리하는 CPU:
    상기 CPU에서 처리된 AC 신호와 기 저장된 기준신호를 비교하여 상기 AC 신호에 대한 증상항목별 정상여부를 판단하고, 판단 결과에 따른 상기 증상패킷을 생성하며, 상기 판단 결과 이상이 발견된 해당 증상항목의 측정샘플에 대한 스탬프 샘플 패킷을 생성하는 DSP;
    상기 DSP에서 생성된 상기 스탬프 샘플 패킷을 저장하는 메모리;
    상기 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 변조하는 모뎀;
    상기 모뎀에서 변조된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 D/A 변환하는 D/A컨버터; 및
    상기 D/A컨버터에서 변환된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷에 대한 고주파성분을 필터링하는 HPF을 포함하며,
    상기 커플러부는,
    상기 HPF에서 필터링된 증상패킷 또는 상기 스탬프 샘플 패킷을 상기 시스템으로 전송하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 노드는,
    상기 전력신호 중 DC 신호는 상기 A/D변환기를 거치지 않고 직접 CPU에 입력되어 처리되도록, 상기 LPF에서 출력된 신호의 AC 또는 DC 여부를 판단하여 해당 신호를 상기 A/D변환기 또는 상기 CPU로 전송하는 스위치를 더 포함하며,
    상기 DSP는 상기 DC 신호와 기 저장된 다른 기준신호를 비교하여 상기 DC 신호에 대한 증상항목별 정상여부를 판단하는 스마트 그리드 전력품질 원격 모니터링 시스템.
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