KR20110119321A - 전기제품의 소비전력 산정방법 - Google Patents

전기제품의 소비전력 산정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기제품의 소비전력 산정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용이하게 각 전기제품의 소비전력을 산정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 (a) 전기제품에 전력이 공급되어 전기제품이 작동하는 단계; (b) 상기 전기제품이 어떠한 운전모드로 작동하는지 판단하는 단계; (c) 상기 전기제품의 운전모드의 작동에 따른 소비전력 데이터를 읽어들이는 단계; (d) 상기 소비전력 데이터와 상기 전기제품의 작동시간을 고려하여 상기 전기제품의 소비전력을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법을 제공한다.

Description

전기제품의 소비전력 산정방법{An estimating method for electric power consumption of an electric device}
본 발명은 각 전기제품에서의 소비전력 산정방법에 관한 것이며, 상세하게는 전기제품의 운전모드에 대응되는 소비전력 및 시간을 고려하여 전기제품의 총 소비전력량을 산정하거나, 전기제품에 연결된 인버터나 컨버터에 인입되는 전압과 전류를 측정하여 전기제품의 소비전력을 산정하는 방법에 관한 것이다.
가정에서 사용되는 가전제품 또는 사무실에서 사용되는 사무기기등과 같은 전기제품이 작동하기 위한 전력은 일반적으로 한국전력공사에서 운영하는 전력발전소와, 송전선로, 그리고, 배선선로의 순서를 통하여 공급되는 것이 특징이다.
이는 분산전원이 아닌 중앙전원의 성격을 가지고 있으며, 중앙에서 주변부로 퍼져나가는 방사형구조이고, 수요자 중심이 아닌 단방향의 공급자 중심이라는 특징을 가지고 있다.
또한, 그 기술기반은 아날로그 또는 전자기계적이고, 사고시 수동적으로 복구되어야하고, 설비 또한 수동적으로 복구되어야 한다는 문제점이 있었다.
전기에 대한 가격의 정보도 실시간으로 알 수 있는 것이 아니라, 전력거래소를 통하여 제한적으로만 알 수 있었고, 가격제도 또한 사실상의 고정가격제이기 때문에 가격변화를 통한 수요자에 대한 인센티브와 같은 유인책을 사용할 수 없다는 문제점도 있었다.
이러한 문제점을 해결하고, 에너지의 효율성을 제고하기 위하여 최근에는 스마트 그리드(Smart Grid, 지능형 전력망)에 대한 연구가 활발하게 진행중이다.
스마트 그리드라 함은 현대화된 전력기술과 정보통신 기술의 융합과 복합을 통하여 구현된 차세대 전력시스템 및 이의 관리체제를 의미한다.
상술한 바와 같이, 현재의 전력망은 중앙에 집중되고 생산자가 통제하는 수직적, 중앙 집중적인 네트워크인 반면에, 스마트 그리드는 공급자에게 덜 집중되어 있고, 수요자와 공급자 간의 상호작용을 가능케 해주는 수평적, 협력적, 분산적 네트워크이다.
스마트 그리드에서는 모든 전기기기, 전력저장장치 및 분산된 전원이 네트워크로 연결되어 수요자와 공급자 간의 상호작용을 가능하게 하므로, 스마트 그리드를 "에너지 인터넷"으로 부르기도 한다.
한편, 이러한 스마트 그리드가 가정이나 빌딩과 같은 전력수요자 입장에서 구현되기 위해서는 개별적인 가전기기 및 복수개의 가전기기가 연결되는 네트워크가 일방적으로 전력을 받기만 하는 것에서 벗어나서 전력공급원과 전력정보에 관하여 양방향 통신을 해야 한다는 필요성이 대두되었다.
그리고, 종래의 가정 내에서의 전력망에서는 각 개별 전기제품의 소비전력량을 측정하지 않고, 전체 가정내에서의 소비전력량을 측정하고, 이를 토대로 전력요금을 산정하였으나, 변동 전력요금제가 도입되면서, 각 전기제품에서의 소비전력량 및 그에 따른 각 전기제품의 운전에 지출되는 전력요금에 대한 정보가 소비자에게 중요한 의미를 가진 데이터로 부각되었다.
즉, 사용자는 자신이 보유한 각각의 전기제품의 전력소비 현황을 실시간으로 파악할 수 있는 한편, 전력요금이 비싸지는 일명 "피크 온타임" 구간에서는 전력소비량이 큰 전기제품의 사용을 자제하여 전력요금을 경제적으로 조절할 필요성이 있기 때문이다.
본 발명은 이러한 필요성을 충족시키고자 마련된 것으로서, 각 전기제품에서의 소비전력량을 용이하게 산정할 수 있는 전기제품의 소비전력 산정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (a) 전기제품에 전력이 공급되어 전기제품이 작동하는 단계; (b) 상기 전기제품이 어떠한 운전모드로 작동하는지 판단하는 단계; (c) 상기 전기제품의 운전모드의 작동에 따른 소비전력 데이터를 읽어들이는 단계; (d) 상기 소비전력 데이터와 상기 전기제품의 작동시간을 고려하여 상기 전기제품의 소비전력을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법을 제공한다.
상기 (c) 단계는 전기제품의 동작을 제어하는 제어부에 연결되는 메모리부에 저장된 소비전력 데이터를 읽어들이는 것을 특징으로 하되,
상기 소비전력 데이터는 전기제품의 운전모드 및 운전조건에 따른 평균소비전력 테이블 형태로 저장되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 (c) 단계는 전기제품의 현재의 운전모드에 대응되는 소비전력 데이터를 상기 평균소비전력 데이블에서 읽어들이는 단계와;
읽어들인 소비전력 데이터에 전기제품의 노후상태에 대응되는 파라미터 값에 따른 추가 소비전력값을 합산하여 최종 소비전력값을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(e) 계산된 전기제품의 소비전력값을 전기제품의 제어부에 보고하는 단계를더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기제품과 연결되는 에너지관리장치 또는 스마트 미터를 더 포함하되,
상기 제어부에 보고된 소비전력값을 상기 에너지관리장치 또는 스마트 미터에 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
(f) 상기 제어부에 보고된 소비전력값 및 상기 소비전력값에 대응되는 소비전력요금을 전기제품에 마련되는 표시부에 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
(g) 전기제품에 마련되는 인버터 또는 컨버터로 인입되는 DC전원에 의한 전력량을 측정하여 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (g) 단계에서 상기 전기제품에 인버터가 장착되는 경우, 상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는; 상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와; 상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와; 상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계와; 계산된 전력량에 상기 전기제품의 듀티(duty)값을 반영하여 최종 소비전력량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 (g) 단계에서 상기 전기제품에 컨버터가 장착되는 경우, 상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는; 상기 컨버터에서 인출되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와; 상기 컨버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와; 상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(A) 전기제품에 전력이 공급되어 전기제품이 작동하는 단계; (B) 전기제품에 마련되는 인버터 또는 컨버터의 전압값과 전류값을 측정하는 단계; (C) 상기 인버터 또는 컨버터에서 측정된 전압값과 전류값을 조합하여 전기제품에서 소비되는 소비전력량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (B) 단계에서 상기 전기제품에 인버터가 장착되는 경우, 상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는; 상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와; 상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와; 상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계와; 계산된 전력량에 상기 전기제품의 듀티(duty)값을 반영하여 최종 소비전력량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 (B) 단계에서 상기 전기제품에 컨버터가 장착되는 경우, 상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는; 상기 컨버터에서 인출되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와; 상기 컨버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와; 상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨버터 또는 상기 인버터에서 전압을 측정하는 단계는 상기 컨버터 또는 인버터 회로에서의 DC전압을 소정의 저항체로 강압 또는 분압한 뒤 낮아진 전압을 측정하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하여, 각 전기제품 별 소비전력량을 측정할 수 있고, 측정된 소비전력량을 근거로 한 경제적인 전기제품 운용이 가능해진다.
우선, 제어부와 연결된 메모리에 전기제품의 각 운전모드에 따른 소비전력 데이터를 테이블화 하여, 현재 운전모드에 대응되는 소비전력 데이터를 추출하고, 이를 운전시간과 조합하여 전기제품의 소비전력을 산정할 수 있다.
이외에도 전기제품의 노후에 따른 소비전력의 변화와 관련된 파라미터를 소비전력 산정시에 반영하여 보다 정확한 소비전력 산정이 이루어질 수 있도록 하였다.
또한, 상술한 방법과 병행하여, 컨버터 또는 인버터에서의 전압과 전류를 측정하고, 이를 조합하여 전기제품의 소비전력량을 산정
도1은 스마트 그리드의 개략도이다.
도2는 가정내외부에서의 전력관리네트워크의 개략도이다.
도3은 가정내외부에서의 전력관리네트워크의 제어블록도이다.
도4는 냉장고와 에어컨의 운전모드별 전력소비 데이터 테이블이다.
도5는 세탁기의 운전모드별 소비전력 데이터 테이블이다.
도6은 시간에 따른 전력요금의 변화 그래프이다.
도7은 DC/AC 인버터의 개략도이다.
도8은 DC/DC 컨버터의 개략도이다.
도9는 소비전력량 산정을 위한 데이터 통신 흐름도이다.
도10은 운전모드 별 소비전력 데이터 테이블을 이용한 전기제품의 소비전력량 산정방법의 흐름도이다.
도11은 인버터 또는 컨버터의 전압과 전류를 이용한 전기제품의 소비전력 산정방법의 흐름도이다.
도12는 에너지관리장치의 정면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 알아보기로 하겠다.
도1은 스마트 그리드의 개략도에 관한 것으로서, 스마트 그리드는 화력발전이나 원자력발전 또는 수력발전을 통하여 전력을 발생시키는 발전소와, 신재생에너지인 태양광 또는 풍력을 이용한 태양광 발전소와 풍력발전소를 포함한다.
그리고, 상기 화력발전 또는 원자력발전소 또는 수력발전소는 송전선을 통하여 전력소로 전력을 보내고, 전력소에서는 변전소로 전기를 보내어 전기가 가정이나 사무실 같은 수요처로 분배되도록 한다.
그리고, 신재생 에너지에 의하여 생산된 전기도 변전소로 보내져 각 수요처로 분배되도록 한다. 그리고, 변전소에서 송전된 전기는 전력저장장치를 거쳐서 삼무실이나 각 가정으로 분배된다.
가정용 전력네트워크(HAN, Home Area Network)를 사용하는 가정에서도 태양광이나 PHEV(하이브리드 전기자동차, Plug in Hybrid Electric Vehicle)에 장착된 연료전지를 통하여 전기를 자체적으로 생산하여 전기를 자체공급할 수 있고, 남는 전기는 외부에 되팔수도 있다.
그리고, 사무실이나 가정에는 스마트 계측장치가 마련되어서 각 수요처에서 사용되는 전력 및 전기요금을 실시간을 파악할 수 있고, 이를 통하여 사용자는 현재 사용되는 전력량 및 전기요금을 인지하여 상황에 따라 전력소모량이나 전기요금을 줄이는 방안을 강구할 수 있다.
한편, 상기 발전소, 전력소, 저장장치 및 수요처는 양방향 통신이 되기 때문에 수요처에서 일방적으로 전기를 받도록 하는 것만을 떠나서, 수요처의 상황을 저장장치, 전력소, 발전소로 통지함으로써 수요처의 상황에 맞게 전기 생산 및 전기분배를 수행할 수 있게 된다.
한편, 상기 스마트 그리드에서는 수요처의 실시간 전력관리 및 소요전력의 실시간 예측을 담당하는 에너지관리장치(EMS, Energy Management System) 및 전력의 소모량을 실시간으로 계측하는 계측장치(AMI,Advanced Metering infrastructure)가 중추적인 역할을 담당한다.
여기서 스마트 그리드 하에서의 계측장치는 오픈 아키텍쳐를 근거로 하여 소비자를 통합하려는 기반기술로서 소비자에게는 전기를 효율적으로 사용하도록 하고, 전력공급자에게는 시스템상의 문제를 탐지하여 시스템을 효율적으로 운영할 수 있는 능력을 제공한다.
여기서, 오픈아키텍쳐란 일반적인 통신망과는 달리 스마트 그리드 시스템에서 전기기구가 어느 제조업체에서 제조되었는지 상관없이 모든 전기기구가 서로 연결될 수 있도록 하는 기준을 의미한다.
따라서, 상기 스마트 그리드에서 사용되는 계측장치는 "가격 대 장치(Prices to Devices)" 와 같은 소비자 친화적인 효율성 개념을 가능케 한다.
즉, 전력시장의 실시간 가격신호가 각 가정에 설치된 에너지관리장치(EMS)와 스마트 미터를 통하여 중계되며, 에너지관리장치(EMS)와 스마트 미터는 각 전기제품와 통신을 하며 이를 제어하므로 사용자는 에너지관리장치(EMS) 또는 상기 스마트 미터를 보고 각 전기제품의 전력정보를 인식하고 이를 기초로 소모전력량이나 전기요금 한계설정 등과 같은 전력정보처리를 수행함으로써 에너지 및 비용을 절약할 수 있다.
한편, 상기 각 전기제품에도 각 전기제품의 운전모드에 대한 상태정보를 취합하고, 상기 에너지관리장치(EMS) 또는 상기 스마트 미터로부터 전달받은 전력정보나 온도 또는 습도와 같은 환경정보를 수신하여 이를 전기제품의 운전제어에 반영하는 스마트 제어 디바이스가 마련된다.
이러한 스마트 제어 디바이스와, 상기 에너지관리장치(EMS), 그리고, 상기 스마트 미터간의 통신에 의하여 각 전기제품에 대한 제어가 수행될 수 있다.
여기서 에너지관리장치(EMS)는 사무실이나 가정에서 사용되는 로컬 에너지관리장치(Local EMS)와, 상기 로컬 에너지관리장치(Local EMS)와 양방향 통신을 하여 로컬 에너지관리장치(EMS)에서 취합된 정보를 처리하는 중앙 에너지관리장치(Central EMS)로 구성되는 것이 바람직하다.
스마트 그리드에서 공급자와 수요자간의 전력정보에 관한 실시간 통신이 가능하게 되기 때문에, "실시간 전력망 반응"을 현실화 시킬 수 있고, 이에 따라서, 피크 수요(peak demand)를 맞추는데 소요되는 높은 비용을 줄일 수 있다.
도2는 스마트 그리드의 주요 수요처인 가정에서의 전력관리네트워크(10)를 도시한 것이다.
상기 전력관리네트워크(10)는 각 가정에 공급되는 전력 및 전력요금과 같은 전력정보를 외부에서 받을 수 있고, 가정 내에서의 사용전력 및 전력요금을 실시간으로 측정할 수 있는 스마트미터(20)와, 상기 스마트미터(20)와 연결되며 하나 이상의 전기제품과 통신하고 이들의 동작을 제어하는 에너지관리장치(EMS)(30)를 구비한다.
여기서, 상기 에너지관리장치(EMS)(30)는 현재의 전력 소모상태 및 외부의 환경(온도, 습도)를 표시하는 화면(31)을 구비하고, 사용자의 조작이 가능한 입력부(32) 등을 구비한 단말기 형태로 마련되는 것이 바람직하다.
상기 에너지관리장치(EMS)(30)는 다시 가정 내부의 네트워크망을 통하여 냉장고(101), 세탁기 및 건조기(102), 에어컨(103), TV(105) 또는 조리기기(104)와 같은 전기제품(100)과 연결되어, 이들과 양방향 통신을 하게 된다.
집안 내부에서의 통신은 무선 또는 PLC와 같은 유선을 통하여 이루어질 수 있다.
그리고, 각 전기제품들도 다른 전기제품들과 연결되어 통신이 가능해지도록 배치하는 것이 바람직하다.
각 전기제품(100;101~105) 내부에는 외부에서 공급되는 상기 전기제품(100) 외부에서 공급되는 DC전원을 AC전원으로 변환하는 인버터(200)나 DC전원을 승압 또는 감압하는 컨버터(300)가 마련된다.
통상적으로, 압축기 또는 출력이 큰 모터를 구비하는 냉장고(101), 또는 세탁기(102), 에어컨(103)와 같은 대형 전기제품의 경우, AC전원을 이용하여 팬모터의 속도나 압축기의 모터속도를 가변시켜야 하므로 인버터(200)가 그 내부에 마련된다. .
그리고, 컴퓨터(104)나 TV(105)와 같은전기제품의 경우, 출력이 큰 모터가 구비되지 않고, 일정한 크기의 전원이 소정시간 동안 공급되면 되므로, 외부에서 공급되는 DC전원을 강압하거나 또는 승압하는 컨버터(300)가 그 내부에 마련된다.
인버터는 DC전원을 전력소자(Insulated Gate Bipolar Transistor; IGBT)의 교번 스위칭에 의하여 AC전원을 얻어서 전원의 성격을 변화시키며, 상기 전력소자는 공급되는 전원의 캐리어 주파수에 따라 온/오프 동작을 수행하여 전기제품에 AC전원을 공급하는 역할을 한다.
컨버터의 경우 스위치를 이용하여 입력된 DC전원의 전압을 승압(step-up)하거나, 강압(step-down)하며, 강압하는 경우에는 초핑주기(chopping period) 대비 스위치가 닫힌 시간의 비율인 시비율을 조정하여 출력전압이 입력전압보다 낮게 하고, 승압을 하는 경우에는 스위치를 on/off 시켜 인덕터 내에 에너지가 축적되게 하거나 축적된 에너지를 부하 방향으로 전달시킴으로써 공급전압보다 출력전압이 커지도록 한다.
한편, 상기 가정에 전력을 공급하는 곳은 일반적인 발전장비(화력, 원자력, 수력)을 구비하거나 신재생에너지(태양광, 풍력, 지열)등을 이용한 발전장비등을 구비한 전력회사와 같은 계통전원(50)이 될 수 있다.
이외에도, 태양열 발전이나 풍력발전과 같은 신재생에너지 발전시설(51)이나, 가정내에 마련되는 축전지 또는 자동차의 연료전지와 같은 보조전원(52)도 전력공급원이 된다.
일반적으로 상기 계통전원(50)은 AC전원을 공급하며, 신재생에너지나 보조전원의 경우 DC전원이 공급된다.
통상적으로 상기 전력공급원(50,51,52)은 상기 스마트 미터(20)와 상기 에너지관리장치(30)와 연결되어 전력정보를 이들에게 제공하고 한다.
그리고, 상기 전력공급원(50,51,52)의 전력은 가정 내로 공급되어, 각 전기제품(100)에 전력에너지를 공급한다.
도3에서 도시한 바와 같이, 가정 내에서의 전력관리네트워크(10)는 DC전원을 공급하는 신재생에너지(51) 또는 보조전원(52) 및, AC전원을 공급하는 계통전원(50)과 연결된다.
그리고, 상기 전력공급원(50, 51, 52)은 상기 스마트 미터(20) 및 상기 에너지관리장치(EMS)(30)와 연결되는 동시에, 가정 내에 마련되는 냉장고(101), 에어컨(103) 또는 TV(105)와 같은 전기제품에 전력을 공급한다.
가정 내로 공급되는 전원은 DC전원과 AC전원인데, 상기 DC전원의 경우, 외부에서 220V 또는 380V와 같이 가정용 전압에 맞게 조절되어 가정 내부로 인입된다.
그리고, AC전원의 경우, 가정 내로 인입되어 AC/DC정류기(400)에 의하여 DC전원으로 변환된다. 가정 내로 인입된 AC전원의 경우, 바로 AC전원을 사용하는 상기 냉장고(101) 또는 에어컨(103)과 같은 전기제품에 바로 사용될 수 없기 때문에, 우선 DC전원으로 변환하는 것이다.
상기 AC/DC정류기(400)의 경우, 보통 6개의 스위치 및 각각의 스위치와 병렬로 연결된 6개의 바디 다이오드(Body Diode)로 구성되는 정류부와, 평활 캐패시터로 구성된다.
여기서 상기 6개의 스위치는 일반적으로 전력소자(IGBT)이고, 스위칭 주파수는 5~20kHz로 되는 것이 바람직하다. 한편, 6개의 스위치와 병렬 연결된 보디 다이오드는 빠른 스위칭에서도 스위칭 손실이 적도록 역회복 특성이 우수한 다이오드로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 평활 캐패시터는 상기 정류부를 통해 출력된 전압을 DC전압이 되도록 평활하고, 평활된 전류전압을 각 전기제품에 마련되는 인버터(200)에 공급한다.
상기 AC/DC 정류기(400)와 연결된 각 전기제품(100) 중 냉장고(101)나 에어컨(103)과 같은 대형 가전제품은 상술한 바와 같이 압축기나 팬을 구동시키기 위한 고출력의 모터와 같은 부하(101e,103e)가 마련된다.
상기 냉장고(101) 또는 상기 에어컨(103)의 내부 구성을 보면, 제어부(101a,103a)와, 상기 제어부(101a)와 연결되어 운전모드에 따른 소비전력값과 같은 전력정보를 저장하고 있는 메모리(101b, 103b)와, 상기 스마트미터(20) 또는 상기 에너지관리장치(EMS)(30)와 통신을 하여 이들로부터 전력정보를 받거나 전기제품의 전력정보를 송신하는 통신부(101c,103c), 그리고, 운전모드에 따른 상태를 표시하는 표시부(101d,103d)와, 사용자가 명령을 입력하는 입력부(101f,103f)를 포함한다.
상기 부하(101e, 103e)는 그 회전 수가 각 운전모드에 따라서 변할 수 있는 인버터 모터를 포함하며, 이러한 인버터 모터는 냉장고 또는 에어컨의 압축기, 또는 냉장고의 냉기팬, 에어컨의 송풍팬을 동작시킨다.
그리고, 세탁기나 건조기 경우, 회전드럼을 회전시키는 역할도 한다.
한편, 상기 부하(101e, 103e)는 상기 모터 이외에 다른 전력소비요소도 될 수 있다.
상기 부하(101e,103e)에는 상기 인버터(200)가 연결되고, 상기 인버터(200)는 상기 제어부(101a,103a)와 연결되어, 상기 제어부(101a,103a)의 명령에 따라서 상기 부하(101e,103e)에 AC전원을 공급한다.
상기 인버터(200)는 상기 제어부(101a,103a)의 명령이나 사용자의 입력에 의한 명령에 따라서 상기 부하(101e,103e)에 인가되는 전압 또는 전류의 크기와 주파수를 조절할 수 있다.
한편, TV(105) 또는 PC와 같은 전기제품의 경우, 에어컨이나 냉장고와 같은 고출력 모터가 필요 없기 때문에 DC전원을 공급받아서 구동된다.
그런데, TV(105)나 PC와 같은 전기제품의 경우, 24V나 12V로 구동되기 때문에, 220V나 380V와 같이 가정에 인입되는 DC전원을 그대로 사용하기는 불가능하다. 따라서, 상기 컨버터(300) 내부에 마련하여 전기제품 외부에서 인입되는 DC전원을 강압하는 것이 필요하다.
상기 TV(105)와 PC의 구조를 보면, 제어부(105a)와, 운전모드에 따른 소비전력 정보를 저장하고 있는 메모리(105b)와, 상기 스마트 미터(20) 또는 상기 에너지관리장치(EMS)(105c)와 정보를 송수신하는 통신부(105c)와, 사용자의 명령이 입력되는 입력부(105f)가 마련된다.
한편, 상기 TV(105)나 PC에는 LCD 또는 PDP 또는 CRT로 구성되는 화면을 구성하는 표시장치와 같은 부하(105e)가 마련되는데, 이러한 부하(105e)는 상기 컨버터(300)와 연결되어, 외부에서 인입되는 DC전원이 강압된 후, 상기 부하(105e)에 공급된다.
도4는 냉장고와 에어컨의 메모리에 저장되어 있는 소비전력 데이터 테이블인데, 여기서, 상기 냉장고의 운전모드는 냉동실의 목표온도와 상기 냉장실의 목표온도에 따라서 달라진다.
즉, 냉동실과 냉장실의 목표온도가 낮을 수록, 그 만큼 압축기 및 냉기팬의 운전율 또는 듀티 싸이클이 증가해야하고, 이에 따라서 소비전력도 증가한다. 특히,
목표온도가 변함에 따라서 운전모드도 변하고, 이러한 운전모드의 변화에 따른 평균 소비전력의 변화는 에어컨에서도 마찬가지이다. 특히 에어컨의 경우, 압축기의 듀티 뿐만 아니라, 실내기 또는 실외기의 팬 속도도 소비전력을 증가시키거나 감소시키는 일 요인이기 때문에, 실내의 목표온도 및 팬 속도에 따라서 소비전력이 달라진다.
한편, 도5와 같이, 세탁기의 경우도, 각 운전모드, 즉, 빠른세탁코스, 표준코스, 찌든 때 세탁코스, 표준코스 및 건조코스를 각각 수행하는 경우에 소비전력이 달라지게 된다.
즉, 각 세탁코스에 따라서 총 세탁시간, 회전드럼의 모터의 회전수, 건조용 또는 세탁수 히팅용 히터의 작동 여부가 달라지게 되므로, 세탁기의 평균 소비전력이 달라지게 되는 것이다.
도4와 도5에서 도시한 바와 같이, 각 전기제품에서의 특정 운전모드에 따른 소비전력은 약간씩 달라질 수 있기 때문에, 전기제품 제조사에서 각 전기제품을 특정한 조건하에서 특정한 운전모드로 수십내지 수백회 운전을 하고, 그 운전에 따른 소비전력값을 평균내어서 상기 메모리에 저장해두는 것이 바람직하다.
상기 소비전력값을 산정하는 경우에는 전기제품의 연식 증가에 따른 요인도 감안을 해 주는 것이 바람직하다. 동일한 운전모드라고 하여도, 신규제품의 경우와, 수 년 정도 연식이 된 제품 간의 소비전력이 다를 것이기 때문에, 전기제품의 각 운전모드에 따른 소비전력값에 전기제품의 노후 상태에 따른 파라미터 값에 따른 소비전력값을 합산하여 최종적인 소비전력값을 산정하는 것이 바람직하다.
즉, 도4와 도5와 같은 평균 소비전력 테이블에서 각 전기제품의 운전모드에 따른 소비전력 데이터를 읽어들이고, 그리고, 그 소비전력 데이터와 운전시간을 고려하여 총 소비전력값을 산정하고, 이를 토대로 소비전력요금을 계산할 수 있다.
도6에서 도시한 바와 같이, 전력요금이 시간에 따라서 변하는 변동요금제에서, 상술한 소비전력 테이블을 이용하여 각 전기제품의 운전모드에 따른 총 소비전력값을 산정한 후에, 이 값을 시간대별 전력요금 데이터와 곱하여 최종적인 전력요금을 산정할 수 있다.
상기 소비전력 데이터 테이블을 이용하여 총 소비전력값을 산정하는 방법을 주된 방법으로 하고, 이러한 방법을 뒷받침할 수 있는 보조적인 소비전력값 산정방법은 전기제품에 설치되어 있는 인버터 또는 컨버터에 인입되거나 또는 인버터 및 컨버터에서 인출되는 DC전원의 전압과 전류를 측정하여 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 전기제품에는 인버터 또는 컨버터가 마련되어 있고, 이러한 인버터 또는 컨버터에서 공급된 전원이 전기제품을 구동시키기 때문에, 상기 인버터 또는 컨버터는 전기제품의 전력공급에 있어서 일종의 게이트 웨이 역할을 한다.
따라서, 상기 인버터 또는 컨버터를 통과하는 DC전원의 전압과 전류를 측정한다면, 전기제품에 공급되어 소비되는 전력값을 측정할 수 있다.
도7은 본 발명에 의한 인버터(200)의 개략도를 보인 것이다.
상기 인버터(200)의 입력단에는 상술한 바와 같이 DC전원이 인입되고, 출력단에는 AC전원이 출력되어, 상기 부하(101e)로 공급된다.
상기 인버터(200)에는 전력소자(Power IC)(201)를 포함하며, 상기 전력소자(Power IC)는 상보성 금속 산화막 반도체(Comlementary metal oxide semiconductor)로 구성되는데, 상기 전력소자(Power IC)(201)에 포함된 교번 스위치(202)의 동작에 의하여 상기 DC전원이 AC전원으로 바뀐다.
상기 교번 스위치(202)는 A지점과, C지점을 교번적으로 on/off시키는 동작을 한다.
상기 인버터(200)의 출력단에서 나오는 AC전원은 시간에 따라서 전압과 전류가 변하기 때문에 측정하기 어려우나, 상기 인버터(200)의 입력단에 들어가는 DC전원의 경우는 시간에 따른 변화가 없기 때문에, 상기 인버터(200)의 입력단에 들어가는 전압(Vin)과 전류(Iin)를 측정하고 이를 곱한후, 전기제품의 듀티값을 반영하여 총 소비전력을 산정한다.
상기 인버터(200)의 입력단에 들어가는 전압의 경우, 220V 또는 380V이기 때문에 직접적으로 측정하는 것은 불가능하고, 상기 전력소지(Power IC)(201)에 배치된 두개의 전력선에 저항(R1,R2)를 달아서 상기 저항(R1, R2)에 의하여 분압 또는 강압된 전압을 측정한다.
본 도면에서는 상기 저항(R1, R2)이 A점과 B점에 연결되어 있다.
여기서, 상기 저항(R1, R2)에 의하여 강압되어 측정가능한 전압은 0~5V정도인 것이 바람직하다.
상기 입력전압(Vin)과 입력전류(Iin)는 모두 전력소자(Power IC)에 의하여 측정되어 상기 제어부(101a)로 보고된다. 따라서, 제어부(101a)는 이러한 상기 입력전압(Vin)과 입력전류(Iin), 그리고, 전기제품의 운전시간과 듀티 값을 고려하여, 전기제품의 소비전력을 산정할 수 있는 것이다.
한편, 상기 제어부(101a)에는 상기 메모리(101b)가 연결되어, 상술한 과정에의 하여 산정된 소비전력값을 산출하고, 이를 소비전력 테이블에 지속적으로 적산시켜서, 평균 소비전력 데이터를 업데이트 할 수도 있다.
그리고, 상기 평균 소비전력 데이터와, 상기 인버터(200)에서 측정된 소비전력을 비교하여, 전기제품의 이상유무도 판별할 수도 있다.
도8은 본 발명에 의한 컨버터(300)의 개략도를 보인 것이다.
상기 인버터(300)의 입력단에는 상술한 바와 같이 DC전원이 인입되고, 출력단에서는 변압된 DC전원이 출력되어, 상기 부하(105e)로 공급된다.
상기 컨버터(300)도 전력소자(Power IC)(301)를 포함하며, 상기 전력소자(Power IC)(301) 포함된 교번 스위치(302)의 동작에 의하여 입력된 DC전원이 승압되거나 강압된다.
상기 교번 스위치(302)는 E지점과, F지점을 교번적으로 on/off시키는 동작을 한다.
상기 컨버터(300)의 스위치를 지나서 출력되는 전원의 성격은 DC이므로 이를 측정할 수 있다. 다만, 출력전압(Vout)의 경우도 통상적으로 5V이상이 되기 때문에, 상기 Power IC(301)에 배치된 전력선에 저항(R3,R4)를 달아서 상기 저항(R3, R4)에 의하여 강압되는 전압을 측정한다.
여기서도, 상기 저항(R3, R4)에 의하여 강압되어 측정가능한 전압은 0~5V정도인 것이 바람직하다.
상기 출력전압(Vout)과 입력전류(Iin)는 모두 전력소자(Power IC)에 의하여 측정되어 상기 제어부(105a)로 보고된다. 따라서, 제어부(101a)는 이러한 상기 출력전압(Vout)과 입력전류(Iin), 그리고, 전기제품의 운전시간을 고려하여, 전기제품의 소비전력을 산정할 수 있다.
상기 제어부(105a)에는 상기 메모리(105b)가 연결되어, 상술한 과정에의 하여 산정된 소비전력값을 산출하고, 이를 소비전력 테이블에 지속적으로 적산시켜서, 평균 소비전력 데이터를 업데이트 할 수도 있다.
그리고, 상기 평균 소비전력 데이터와, 상기 컨버터(300)에서 측정된 소비전력을 비교하여, 전기제품의 이상유무도 판별할 수도 있다.
도9에서 도시한 바와 같이, 본 발명에서 소비 전력량 정보를 인식하는 것과 관련된 통신의 흐름을 보면 아래와 같다.
상기 에너지관리장치(EMS)(30)는 상기 전기제품(100)방향으로 전력공급원에 관한 정보, 또는 변동요금제 하에서의 전력요금 정보를 제공한다.
또한, 현재 전력요금에서 필요한 각 전기제품의 운전모드가 어떻게 수행되어야 하는지에 대한 운전모드 정보도 제공할 수 있다. 즉, 전력요금이 일정기준이 이상이 되는 시기에서는 전기제품의 절전모드 명령을 내리고, 일정기준 이하가 되는 경우는 통상적인 운전모드가 수행되도록 한다.
그리고, 상기 전기제품(100)은 상기 에너지관리장치(EMS)(30)에 상기 에너지관리장치(EMS)(30)가 제공한 운전모드를 실행했는지 여부, 또는 기타 운전모드가 실행되는지 여부를 송신한다.
이외에도, 상기 전기제품과 관련된 정보와, 소비전력 정보도 상기 에너지관리장치(EMS)(30)에 제공한다.
소비전력량에 대한 인식과 관련한 구체적인 통신상태를 보면, 우선, 상기 에너지관리장치(EMS)(30)에서 상기 전기제품(100)방향으로 소비전력량 송신요청을 한다(S901).
이러한 요청은 상기 전기제품(100)의 통신부(100c)에 의하여 수신되고, 이러한 요청명령은 상기 제어부(100a)로 전달된다.
이러한 요청에 대해서, 상기 제어부(100a)는 상기 인버터(200)나 상기 컨버터(200)로부터 전압과, 전류 및 필요한 경우 듀티값을 읽어들인 후 이들을 조합하여 소비전력량을 산정할 수 있다(S902).
상기 S902단계처럼 상기 인버터(200)나 상기 컨버터(300)를 통하여 상기 전기제품(100)의 소비전력량을 체크하는 것 이외에도, 상기 제어부(100a)가 상기 메모리(100b)에 저장된 운전모드별 소비전력량을 읽어들여서, 현재 운전모드에 대응되는 소비전력량을 추출할 수 있다.
상기 전기제품(100)의 통신부(100c)는 상기 제어부(100a)에서 위와 같은 절차에 의하여 산정된 전기제품의 소비전력량을 상기 에너지관리장치(EMS)(30)에 송신하는 단계를 거치는 것이다(S903).
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적인 소비전력량 산정방법에 대햐서 알아보기로 하겠다.
도10에서 도시한 바와 같이, 우선 전기제품이 작동을 하고(S1001), 현재 작동되고 있는 전기제품의 운전모드를 판단한다(S1002).
그리고, 현재 운전모드에 대응되는 소비전력 데이터를 제어부에 연결된 메모리에서 추출한다(S1003). 이후, 추출된 소비전력 데이터와 현재 전기제품의 작동시간을 조합하여 총 소비전력량을 계산한다(S1004).
상기 전기제품의 통신부는 외부로부터 전력요금 데이터를 수신하고(S1005), 상기 전기제품의 제어부는 수신된 전력요금데이터를 이용하여 총 소비전력량에 따른 소비전력요금을 계산하고, 이러한 소비전력요금을 소비전력량과 표시부에 표시한다(S1006).
한편, 상기 에너지관리장치(EMS)에서 해당 소비전력량 및 소비전력요금에 대한 데이터 송신요청이 있는지 판단하여(S1007), 그러한 경우, 관련 데이터를 상기 에너지관리장치(EMS)에 송신한다(S1108).
도11은 도10과 달리 컨버터나 인버터를 이용하여 전기제품의 소비전력량을 인지하는 방법을 제공한다.
도11에서 도시한 바와 같이, 우선 전기제품이 작동을 하고(S1101), 상기 전기제품에 AC전원 또는 DC전원을 공급하기 위한 인버터 또는 컨버터가 작동을 한다(S1102).
그리고, 상기 인버터 또는 상기 컨버터에 마련되는 전력소자(Power IC)는 상기 인버터 또는 상기 컨버터에서의 DC전압값과 전류값을 제어부로 송신한다(S1103, S1104).
그리고, 상기 인버터의 경우, 전기제품의 듀티값을 제어부로 송신한다(S1105).
상기 제어부는 상기 컨버터에서의 출력 DC전압값과, 전류값을 이용하여 총 소비전력량을 계산하거나, 상기 인버터에서의 입력 DC전압값과, 전류값, 그리고, duty값을 조합하여 총 소비전력량을 계산한다(S1106).
상기 전기제품의 통신부는 외부로부터 전력요금 데이터를 수신하고(S1107), 상기 전기제품의 제어부는 수신된 전력요금데이터를 이용하여 총 소비전력량에 따른 소비전력요금을 계산하고, 이러한 소비전력요금을 소비전력량과 표시부에 표시한다(S1108).
한편, 상기 에너지관리장치(EMS)에서 해당 소비전력량 및 소비전력요금에 대한 데이터 송신요청이 있는지 판단하여(S1109), 그러한 경우, 관련 데이터를 상기 에너지관리장치(EMS)에 송신한다(S1110).
도10 또는 도11과 같이 상기 각 전기제품에서의 총 소비전력량 또는 소비전력요금이 상기 에너지 관리장치(EMS)(30)으로 송신되면, 도12에서 도시한 바와 같이, 상기 화면(33) 상에는 각 전기제품에서의 시간에 따른 각 소비전력량이 표시되고, 현재 전력요금이 표시된다.
20: 스마트 미터 30: 에너지관리장치(EMS)
100: 전기제품 100a;101a;;103a;105a: 제어부
100b;101b;;103b;105b: 메모리 200: 인버터
201; 301: 전력소자(Power IC) 300: 컨버터

Claims (13)

  1. (a) 전기제품에 전력이 공급되어 전기제품이 작동하는 단계;
    (b) 상기 전기제품이 어떠한 운전모드로 작동하는지 판단하는 단계;
    (c) 상기 전기제품의 운전모드의 작동에 따른 소비전력 데이터를 읽어들이는 단계;
    (d) 상기 소비전력 데이터와 상기 전기제품의 작동시간을 고려하여 상기 전기제품의 소비전력을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 전기제품의 동작을 제어하는 제어부에 연결되는 메모리부에 저장된 소비전력 데이터를 읽어들이는 것을 특징으로 하되,
    상기 소비전력 데이터는 전기제품의 운전모드 및 운전조건에 따른 평균소비전력 테이블 형태로 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    전기제품의 현재의 운전모드에 대응되는 소비전력 데이터를 상기 평균소비전력 데이블에서 읽어들이는 단계와;
    읽어들인 소비전력 데이터에 전기제품의 노후상태에 대응되는 파라미터 값에 따른 추가 소비전력값을 합산하여 최종 소비전력값을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (e) 계산된 전기제품의 소비전력값을 전기제품의 제어부에 보고하는 단계를더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전기제품과 연결되는 에너지관리장치 또는 스마트 미터를 더 포함하되,
    상기 제어부에 보고된 소비전력값을 상기 에너지관리장치 또는 스마트 미터에 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  6. 제4항에 있어서,
    (f) 상기 제어부에 보고된 소비전력값 및 상기 소비전력값에 대응되는 소비전력요금을 전기제품에 마련되는 표시부에 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  7. 제1항에 있어서,
    (g) 전기제품에 마련되는 인버터 또는 컨버터로 인입되는 DC전원에 의한 전력량을 측정하여 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (g) 단계에서 상기 전기제품에 인버터가 장착되는 경우,
    상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는;
    상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와;
    상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와;
    상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계와;
    계산된 전력량에 상기 전기제품의 듀티(duty)값을 반영하여 최종 소비전력량을 계산하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (g) 단계에서 상기 전기제품에 컨버터가 장착되는 경우,
    상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는;
    상기 컨버터에서 인출되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와;
    상기 컨버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와;
    상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  10. (A) 전기제품에 전력이 공급되어 전기제품이 작동하는 단계;
    (B) 전기제품에 마련되는 인버터 또는 컨버터의 전압값과 전류값을 측정하는 단계;
    (C) 상기 인버터 또는 컨버터에서 측정된 전압값과 전류값을 조합하여 전기제품에서 소비되는 소비전력량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서 상기 전기제품에 인버터가 장착되는 경우,
    상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는;
    상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와;
    상기 인버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와;
    상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계와;
    계산된 전력량에 상기 전기제품의 듀티(duty)값을 반영하여 최종 소비전력량을 계산하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서 상기 전기제품에 컨버터가 장착되는 경우,
    상기 전기제품의 소비전력량을 산정하는 단계는;
    상기 컨버터에서 인출되는 DC전원의 전압을 측정하는 단계와;
    상기 컨버터에 인입되는 DC전원의 전류를 측정하는 단계와;
    상기 전압과 상기 전류를 곱하여 전력량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 컨버터 또는 상기 인버터에서 전압을 측정하는 단계는
    상기 컨버터 또는 인버터 회로에서의 전력소자에서 DC전압을 소정의 저항체로 강압 또는 분압한 뒤 낮아진 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 소비전력 산정방법.
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