KR20110119324A - 스마트 제어 디바이스 - Google Patents

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KR20110119324A KR1020100038957A KR20100038957A KR20110119324A KR 20110119324 A KR20110119324 A KR 20110119324A KR 1020100038957 A KR1020100038957 A KR 1020100038957A KR 20100038957 A KR20100038957 A KR 20100038957A KR 20110119324 A KR20110119324 A KR 20110119324A
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박종수
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Abstract

본 발명은 전기제품을 그 내부 또는 외부에 정보에 근거하여 제어하되, 전기제품 자체에 마련될 수 있는 스마트 제어 디바이스에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 전기제품의 동작을 모니터링하고 스케쥴링하는 스마트 제어 디바이스에 있어서, 네트워크를 통하여 전력정보를 수신하는 인터페이스부와; 상기 인터페이스부로부터 전달받은 전력정보에 기초하여 상기 전기제품의 절전기능을 제어하는 스마트 제어부와; 상기 전기제품에 대한 제어명령이 입력되는 입력부를 포함하되, 상기 스마트 제어부는 전기제품에 마련되고, 수신된 전력정보에 따라서 전기제품이 절전운전모드를 수행할 수 있도록 전기제품을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스를 제공한다.

Description

스마트 제어 디바이스{ A smart control device}
본 발명은 스마트 제어 디바이스에 관한 것으로서, 상세하게는 전기제품에 마련되어 상기 전기제품 외부 또는 내부에서 제공되는 각종 정보들을 송수신하고, 이를 근거로 전기제품을 제어할 수 있는 스마트 제어 디바이스에 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 필요성과, 이러한 양방향 통신을 위한 새로운 장치들에 대한 필요성이 제기 되었다.
본 발명은 이와 같은 필요성을 제공하기 위한 것으로서, 전기제품에 장착되어 전기제품 내부와 외부에서 제공되는 각종 정보를 이용하여, 전기제품을 제어하는 스마트 제어 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기제품의 동작을 모니터링하고 스케쥴링하는 스마트 제어 디바이스에 있어서, 네트워크를 통하여 전력정보를 수신하는 인터페이스부와; 상기 인터페이스부로부터 전달받은 전력정보에 기초하여 상기 전기제품의 절전기능을 제어하는 스마트 제어부와; 상기 전기제품에 대한 제어명령이 입력되는 입력부를 포함하되, 상기 스마트 제어부는 전기제품에 마련되고, 수신된 전력정보에 따라서 전기제품이 절전운전모드를 수행할 수 있도록 전기제품을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스를 제공한다.
상기 스마트 제어부는 상기 전기제품이 수신된 전력정보에 근거한 절전운전모드를 수행하도록 제어하되, 상기 절전운전모드에 우선하여 상기 입력부를 통하여 입력된 명령에 따라 상기 전기제품을 제어하는 것을 특징으로 한다.
수신된 전력정보와 상기 전기제품의 운전상태정보를 표시하는 표시부를 더 포함하며, 상기 스마트 제어부는 상기 표시부에 수신된 전력정보와 상기 전기제품의 운전상태정보가 동시에 표시되거나 또는 선택적으로 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 전기제품의 상태정보의 변화 또는 상기 전기제품의 환경정보의 변화를 고려하여 이에 대응되는 운전모드가 수행될 수 있도록 상기 전기제품을 구동제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 상태정보의 변화 또는 상기 환경정보의 변화를 고려하여 전기제품에서 절전운전모드가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 상태정보 또는 환경정보 및 이들의 변화를 감지하는 센서부를 더 포함하며,
상기 스마트 제어부는 상기 센서부에서 센싱된 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화를 인식하는 단계와;
상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화에 대응하여 현재의 운전모드의 변화가 필요한지 여부를 판단하는 단계와;
현재의 운전모드의 변화가 필요하다고 판단되는 경우, 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도에 대응되는 변화된 운전모드가 수행되도록 메모리부에서 필요한 운전데이터값을 추출하여 운전모드를 변화시키는 단계가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 상태정보의 변화 또는 상기 환경정보의 변화가 발생하는 경우, 상기 상태정보의 변화 억제 또는 상기 환경정보의 변화 억제를 위하여 상기 운전모드가 네거티브 피드백(negative feedback) 운전모드가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 상태정보의 변화 또는 상기 환경정보의 변화가 발생하는 경우, 상기 상태정보의 변화 정도 또는 상기 환경정보의 변화의 활성화를 위하여 상기 운전모드가 포지티브 피드백(positive feedback) 운전모드가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 전기제품에 대한 절전운전모드가 유지되는 상태에서,
상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도가 제1변화 기준치 이하가 되는 경우, 현재의 운전모드를 유지하도록 제어하고,
상기 상태정보 또는 환경정보의 변화정도가 상기 제1변화 기준치 이상 상기 제2변화 기준치 이하가 되는 경우, 상기 절전운전모드의 범위 내에서 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화를 억제하기 위하여 상기 전기제품의 운전모드가 변화되도록 제어하고,
상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도가 상기 제2변화 기준치 이상이 되는 경우, 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화를 억제하기 위하여 상기 절전운전모드를 해제하고 통상의 운전모드가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력정보는 시간구간별 전력요금에 대한 정보 및 상기 전력요금의 수준에 따라 정의된 시간구간 정보를 포함하며,
상기 스마트 제어부는 상기 전력요금이 제1요금 기준치 이하가 되는 오프피크 시간구간에서는 비절전운전모드가 수행되도록 제어하고,
상기 전력요금이 상기 제1기준치 이상 제2요금 기준치 이하가 되는 온피크시간구간에서는 제1절전운전모드가 수행되도록 제어하고,
상기 전력요금이 상기 제2기준치 이상 제3요금 기준치 이하가 되는 크리티컬 온 피크 시간구간에서는 절전정도가 제1절전운전모드보다 큰 제2절전운전모드가 수행되도록 제어 하거나 또는 전기제품의 동작이 정지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력정보는 시간구간별 댁내 전력사용량 정보를 포함하며,
상기 스마트 제어부는 상기 댁내 전력사용량이 소정의 전력사용량 기준치 이하가 되는 시간구간에서는 비절전운전모드를 수행하고,
상기 댁내 전력사용량이 소정의 전력사용량 기준치 이상이 되는 시간구간에서는 전력사용량을 억제하거나 감소시키기 위한 절전운전모드를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 전기제품 내부에 배치되는 스마트 칩을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인터페이스는 상기 전기제품 내부에 마련되어 수신된 상기 전력정보를 사기 스마트 칩에 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어 디바이스는 전기제품의 플러그에 연결되는 스마트 어댑터로 구성되며, 상기 스마트 어댑터의 내부에는 상기 스마트 제어부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 인터페이스부는 상기 스마트 어댑터에 마련되되, 상기 스마트 제어부와 연결되어, 상기 전기제품 제어에 필요한 정보를 수신하여 상기 스마트 제어부에 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 어댑터는 전력정보 상태를 표시하는 표시부와;
전기제품으로 공급되는 전력을 조절하거나 차단하기 위한 스위치부 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 전기제품에 마련되는 복수의 전력소비 유닛의 동작과 전원의 공급을 각각의 전력소비 유닛에 대하여 독립적으로 또는 동시에 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트 제어부는 상기 전기제품이 수신된 전력정보에 근거한 절전운전모드를 수행하도록 제어하되, 상기 절전운전모드에 우선하여 상기 입력부를 통하여 입력된 명령이 인식된 경우, 인식된 명령에 의한 운전모드와 상기 절전운전모드가 선택적으로 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
전기제품의 동작을 모니터링하고 스케쥴링하는 스마트 제어 디바이스에 있어서, 네트워크를 통하여 전력정보를 수신하는 인터페이스부와; 상기 인터페이스부로부터 전달받은 전력정보에 기초하여 상기 전기제품의 절전기능을 제어하는 스마트 제어부와; 상기 전기제품에 대한 제어 명령이 입력되는 입력부를 포함하되, 상기 스마트 제어부는 상기 전기제품이 수신된 전력정보에 근거한 동작모드를 수행하도록 제어하되, 상기 동작모드에 우선하여 상기 입력부를 통하여 입력된 명령에 따라 상기 전기제품을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하여 전기제품을 단순한 입력명령에 따라 제어하지 않고, 전기제품의 내외부에서 주어지는 각종 정보에 따라 전기제품을 제어할 수 있는 스마트 제어 디바이스를 제공함으로써 전기제품의 보다 효율적인 운전이 가능해질 수 있다.
특히, 상기 스마트 제어 디바이스가 전력요금이나 전력량과 같은 전력정보와 습도와 온도와 같은 환경정보, 그리고, 전기제품 자체의 운전 상태정보를 고려하여 전기제품을 제어시킴으로써 보다 경제적인 운용이 가능하게 하였다.
한편, 상기 스마트 제어 디바이스가 스마트 어댑터 형태로 마련되는 경우에는 스마트 제어부가 없는 종래의 전기제품에 대한 정보의 종류에 따른 탄력적인 운전제어가 가능해짐으로써 보다 많은 수요자가 용이하게 스마트 그리드 프로그램에 연계될 수 있다는 장점도 있다.
그리고, 스마트 제어 디바이스가 전기제품 자체에 내장되거나 외부에 장착되고, 이러한 전기제품에 장착된 스마트 제어 디바이스가 다른 전기제품에 장착된 스마트 제어 디바이스와 통신가능하게 됨으로써 가정 내에서의 전력관리 네트워크를 형성할 수 있다.
또한, 각 전기제품의 상위단계에서 이들을 제어하는 일종의 서버 또는 에너지관리장치가 있는 경우 또는 없는 경우에도 각 가전제품 단계에서 전력정보 또는 환경정보 또는 전기제품의 상태정보에 따른 효율적이고 경제적인 운전모드 수행이 가능하다는 장점이 있다.
각종 정보에 따른 전기제품의 운전모드 수행시, 사용자의 갑작스러운 다른 운전명령이 있는 경우에는, 입력된 운전명령을 우선처리함으로써 사용자의 선택성과 편의성을 제고할 수 있다는 장점도 있다.
도1은 본 발명이 구현되는 스마트 그리드의 전체적인 개요도이다.
도2는 본 발명에서 전력공급원과 가정 간에 마련되는 전력관리네트워크의 개략도이다.
도3은 본 발명에서 에너지 관리장치의 정면도이다.
도4는 본 발명에서 전기제품에 장착되는 실장형 스마트 제어 디바이스의 제어블록도이다.
도5는 본 발명에서 표시부에 나타난 정보의 표시상태를 나타낸 것이다.
도6은 본 발명에서 전력정보를 표시한 그래프와 신호등을 나타낸 것이다.
도7은 본 발명에서 전력공급원과 가정 간에 마련되는 전력관리네트워크의 제어블록도이다.
도8은 본 발명에 의한 스마트 어댑터의 사시도와 제어블록도이다.
도9는 본 발명에서 스마트 제어 디바이스와 에너지 관리 장치 간의 통신상태를 보인 것이다.
도10은 본 발명에서 스마트 미터와 에너지 관리 장치 간의 통신상태를 보인 것이다.
도11 내지 도16은 본 발명에 의한 스마트 제어 디바이스의 제어 흐름도이다.
도17은 본 발명에서 시간대별 전력사용량 및 전력요금, 그리고 각 기준치를 도시한 그래프이다.
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)을 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) 내부 또는 외부에는 상술한 스마트 제어 디바이스(200)가 마련되는데, 상기 스마트 제어 디바이스(200)는 상기 스마트 미터(20), 또는 상기 에너지관리장치(30)와 연결되어 이들로부터 전력정보 또는 환경정보를 받아서 이를 이용하여 상기 전기제품(100)을 제어할 수 있다.
상기 전기제품(100)을 제어하는 주체가 상기 에너지관리장치(30)가 될 수도 있고, 선택적으로는 각 전기제품(100)에 마련되는 상기 스마트 제어 디바이스(200)가 될 수도 있는 것이다.
상기 가정에 전력을 공급하는 곳은 일반적인 발전장비(화력, 원자력, 수력)을 구비하거나 신재생에너지(태양광, 풍력, 지열)등을 이용한 발전장비등을 구비한 전력회사와 같은 전력관리 프로그램 운영주체(50)가 될 수 있다.
이외에도, 각 가정에 마련되는 태양광 발전시설과 같은 자가발전시설(51)이나, 또한 가정이나 차량에 비치되는 연료전지(52)도 다른 전력공급원이 될 수 있다.
통상적으로 상기 전력공급원(50,51,52)은 상기 스마트 미터(20)와 상기 에너지관리장치(30)와 연결되어 전력정보를 이들에게 제공하고, 이렇게 제공된 정보들은 다시 상기 각 스마트 제어 디바이스(200)로 이동하여 각 전기제품의 제어를 위한 기본정보로 쓰이게 된다.
다만, 상기 전력공급원(50,51,52)으로부터 제공되는 정보가 상기 스마트 미터(20)와 사기 에너지관리장치(30)를 거치지 않고 상기 각 전기제품(100)에 마련되는 각 스마트 제어 디바이스(200)에도 직접적으로 전달될 수 있으며, 이를 통하여 전력관리 프로그램 운영주체(50)와 같은 곳에서 직접적으로 각 가정의 특정 전기제품의 운전제어를 위한 정보도 제공할 수 있게 된다.
각 전기제품(100)에 마련되는 스마트 제어 디바이스(200)는 각 전기제품(100) 내부에 설치되거나, 또는 외면에 그 전부 또는 일부가 노출되게 배치될 수 있는 실장형 스마트 제어 디바이스(300)가 될 수 있다.
또한, 상기 실장형 스마트 제어 디바이스(300) 이외에 상기 스마트 제어 디바이스(200)는 상기 각 전기제품(100)의 플러그(P)에 끼워지는 스마트 어댑터(400) 형태로 마련되는 것도 생각할 수 있다.
상기 스마트 어댑터(400)는 가정내에 비치되는 콘센트(500)에 끼워져서 상기 각 전기제품(100)에 공급되는 전력량을 조절할 수도 있고, 또는 상기 전기제품(100)과 통신하여 상기 전기제품(100)의 동작을 직접적으로 제어할 수도 있다.
도3은 에너지관리장치(EMS)의 일 실시예를 도시하고 있는데, 상기 에너지관리장치(EMS)는 터치패널(33)을 구비한 단말기 형태를 띠고 있다.
상기 터치패널(33)에는 현재 전기사용량, 및 전기요금, 그리고 누적된 히스토리에 의하여 예상되는 예상요금 및 이산화 탄소 발생량과 같은 정보와, 현재 시간 구간의 전기요금 및, 다음 시간구간의 전기요금 그리고, 전기요금이 변하는 시간대를 포함하는 실시간 에너지 정보 및 날씨정보가 디스플레이되는 화면(31)이 표시된다.
그리고, 터치패널의 화면(31)은 각 가전기기의 시간대별 전력소모량 및 그 변화를 나타내는 그래프를 포함하고 있다.
그리고, 제품별 전력공급 여부에 관한 사항도 ON/OFF 상태로 디스플레이 된다.
이러한 화면(31)의 일측에는 사용자가 필요에 따라 전기제품의 동작 등을 설정할 수 있는 입력부(32)가 마련된다.
이러한 입력부(32)를 이용하여 사용자는 자기가 사용하고자하는 전력량 또는 전기요금의 한계를 설정할 수 있고, 이러한 설정에 따라 에너지관리장치(EMS)(30)는 각 전기제품의 동작을 제어할 수 있게 되는 것이다.
도4에서는 냉장고(101)를 예를 들어 전기제품(100)에 마련되는 실장형 스마트 제어 디바이스(300)를 도시하였다.
상기 스마트 제어 디바이스(300)는 스마트 제어부(301)가 중심이 되는데, 상기 스마트 제어부(301)는 스마트 칩 형태로 마련되는 것이 바람직하며, 상기 스마트 제어부(301)는 전기제품의 동작제어를 위한 마이컴 및 외부 정보를 받아서 처리할 수 있는 프로세서의 역할을 병행할 수 있다.
그리고, 상기 스마트 제어부(301)에는 인터페이스부(302), 입력부(303), 전원부(304), 센서부(305), 전기제품 구성요소 구동부(306), 메모리부(307), 전력정보 측정부(308), 표시부(309) 등이 연결된다.
상기 인터페이스부(302)는 외부에서 제공되는 전력정보나 환경정보를 받아서 상기 스마트 제어부(301)에 제공하는 역할을 한다.
상기 인터페이스부(302)는 원거리 통신 모듈이나, 근거리 통신모듈 등으로 구성될 수 있는데, 여기서, 원거리 통신모듈은 유선/무선 인터넷 접속을 위한 모듈로 구성될 수 있다.
상기 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
한편 근거리 통신 모듈에서 사용되는 근거리 통신(short range communication) 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
여기서 원거리 통신은 상기 실장형 스마트 제어 디바이스(300)가 전력공급원과 통신하는데 사용될 수 있으며, 근거리 통신의 경우 에너지관리장치(EMS)(30) 또는 스마트 미터(20)와 통신하는 경우 사용될 수 있을 것이다.
한편, 상기 입력부(303)는 사용자가 상기 실장형 스마트 제어 디바이스(300)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.
상기 입력부(303)는 키 패드(key pad), 방향키, 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등을 포함할 수 있다.
상기 표시부(309)는 시각 또는 청각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이 모듈 및 음향 출력 모듈 등이 포함될 수 있다.
디스플레이 모듈은 상기 실장형 스마트 제어 디바이스(300)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다.
예를 들어, 상기 실장형 스마트 제어 디바이스(300)와 전기제품(100)과 관련된 정보를 표시할 경우, 상기 전기제품(100)와 관련된 전력정보, 환경정보, 상태정보 등을 위젯, 아이콘 등과 같은 형태의 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다.
상기와 같은, 디스플레이 모듈은 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 모듈과 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 상기 디스플레이 모듈은 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있으며, 이 경우, 상기 입력부(303)가 상기 디스플레이 모듈에 같이 구비될 수 있다.
터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.
터치 센서는 디스플레이 모듈의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이 모듈의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.
터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기(미도시)로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 상기 스마트 제어부(301)로 전송한다. 이로써, 상기 스마트 제어부(301)는 디스플레이 모듈의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다.
상기 전원부(304)는 외부의 전력을 상기 전기제품(100)의 각 구성요소(예, 모터, 히터) 등에 공급하는 역할을 한다.
상기 센서부(305)는 상기 전기제품(100)의 구동상태나 외부, 내부 온도 습도 등의 환경정보를 센싱하는 역할을 하고, 센싱된 결과를 상기 스마트 제어부(301)에 전달하는 역할을 한다.
환경정보의 경우, 상기 인터페이스부(302)에 의하여 외부에서 제공될 수도 있고, 아니면 상기 센서부(305)에 의하여 자체적으로 습득될 수도 있다.
상기 전기제품 구성요소 구동부(306)는 각 전기 제품의 동작을 수행하는 모터나 히터와 같은 전력소비 유닛을 의미한다. 이들은 다른 구성요소 즉, 팬이나, 제상히터 등과 같은 구성요소를 동작시키는 요소들이며, 이들 또한 상기 스마트 제어부(301)와 연결되어 그 제어를 따른다.
상기 메모리부(307)의 경우, 전력요금이나 전력량과 같은 전력정보 또는 환경정보, 또는 전기제품의 운전의 상태정보를 저장하는 한편, 각 전기제품(100)의 운전모드 수행에 필요한 운전 파라미터에 관한 사항을 저장하는 역할을 한다.
따라서, 상기 스마트 제어부(301)가 각 정보에 따른 운전모드를 선택하고 선택된 운전모드가 수행되도록 제어하는 경우, 상기 메모리부(307)에서 필요한 파라미터를 읽어들여서 운전모드가 수행되도록 제어하는 것이다.
상기와 같은, 메모리(307)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
상기 전력정보 측정부(308)는 상기 전기제품에 공급되는 전력량이나 그 전력요금을 실시간으로 측정하여 이를 상기 스마트 제어부(301)에 전달하는 역할을 한다.
도5는 상기 표시부(309)의 일 실시예를 도시한 것이다. 상기 표시부(309)는 소정의 디스플레이 모듈로 구성되는 것이 바람직하여, 터치 입력이 가능하다.
본 실시예에서의 상기 표시부(309)에는 냉장고를 포함한 다른 전기 제품의 전력소비량, 그 총합 및 전력요금 정보와 냉장고의 작동상태가 표시된 상태가 표시될 수 있다. 다만, 표시부(309)의 화면구성은 냉장고에만 한정되는 것이 아니며 다른 전기제품에도 적용될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 전기제품 중 냉장고를 예를 든 것이다.
좌측 상부에는 냉장고의 작동상태를 조절할 수 있도록 소정의 드래그 가능한 조절아이콘(309a)이 마련된다. 그리고, 상기 조절아이콘(309a)은 그 움직임을 안내할 수 있도록 마련된 이동경로(309b)를 따라 움직이게 되어 있다.
상기 이동경로(309b)의 일측단부는 냉장고의 최저전력소비운전(Power saver)을 나타내고, 타측단부는 최대전력소비운전(High Performance)을 나타낸다.
상기 이동경로(309b)의 하부에는 냉장고의 각 저장실의 온도와 각 구성요소의 운전상태를 나타내는 운전상태 표시창(309c)이 마련된다.
그리고, 상기 표시부(309)의 우측 상부에는 냉장고 및 다른 전기제품들의 전력정보를 표시하는 전력정보 상태 표시창(309d)이 마련된다.
상기 전력정보 상태 표시창(309d)의 하부에는 현재 가정내에서의 사용되는 전력량 또는 전력요금과 다른 기준 전력량 또는 전력요금을 비교하는 전력정보 비교 표시창(309e)이 마련된다.
도6에서 도시한 바와 같이, 상기 전력정보 비교 표시창(309e)에는 가정 내에서의 사용전력량 또는 전력요금의 시간에 따른 변화 그래프(A)와, 전력회사 등에서 제공하는 다른 가정에서의 평균적인 사용전력량 또는 전력요금의 시간에 따른 그래프(B)가 표시된다.
한편, 사용자가 설정하거나 전력회사가 제공하는 전력요금 기준선 또는 전력량 기준선(SL)도 도시되는데, 상기 기준선(SL)을 넘는 시간구간을 온피크 시간구간으로 설정하고, 상기 기준선(SL)을 하회하는 시간구간을 오프피크 시간구간으로 정의할 수 있다.
상기 그래프들의 일측에는 전력상태 신호등(A)이 마련되는데, 여기서 상기 신호등(A)에는 적색, 황색, 녹색의 표시창이 마련되어, 전력요금이나 전력량 상태에 따라서 표시되는 색상을 달리할 수 있다.
즉, 현재 사용 전력요금이나 전력량이 상기 기준선(SL) 또는 평균값을 넘는 경우에는 적색, 근접하는 경우에는 황색, 하회하는 경우에는 녹색이 표시될 수 있는 것이다.
도5는 스마트 그리드 하에서의 전력공급원과, 가정 내의 전기제품에 대한 전력공급을 담당하는 전력관리네트워크의 제어블록도를 도시한 것이다.
상술한 바와 같이 전력공급원은 전력관리 프로그램 운영주체(50)나 자가발전시설(51), 또는 연료전지(52)가 될 수 있다.
이러한 전력공급원은 상기 스마트미터(20)와 연결되거나, 상기 에너지관리장치(EMS)(30)와 연결될 수 있으며, 선택적으로는 상기 전기제품(100)에 마련되는 스마트 제어 디바이스(200; 300, 400)와도 통신가능하게 연결될 수 있다.
여기서, 상기 에너지관리장치(EMS)(30)의 구성을 보면, 제어부(35) 및 입력부(38), 통신부(34), 표시부(39)를 포함하고 있다.
상기 통신부(34)는 가정내의 전기제품(100), 즉, 냉장고(101), 세탁기 또는 건조기(102), 그리고, 공기조화기(103), 조리기기(104) 등과 통신을 하며, 이들의 전력정보 및 구동정보를 송수신하는 역할을 한다.
상기 제어부(35)는 상기 입력부(38)에 의하여 사용자가 입력한 설정정보 및 기존에 누적된 전기제품의 동작 및 전력사용 히스토리 정보, 그리고 외부에서 공급되는 전력량을 실시간으로 파악하고 이들 정보를 실시간으로 처리하여 전기제품들의 동작을 제어하고, 이들 전기제품에 공급되는 전력을 제어한다.
상술한 바와 같이, 상기 각 전기제품(100) 내부에는 실장형 스마트 제어 디바이스(300)가 마련될 수 있고, 상기 실장형 스마트 제어 디바이스(300) 대신에 플러그에 결합되는 스마트 어댑터(400)도 마련될 수 있다.
상기 실장형 제어 디바이스(300)와 상기 스마트 어댑터(400)는 상기 스마트 미터(20) 또는 상기 에너지 관리장치(30)와 통신가능하게 연결됨으로써 이들을 통하여 외부정보를 받을 수 있다.
또는, 상기 스마트 미터(20) 또는 상기 에너지 관리장치(30)를 통하지 않고, 인터넷 통신 또는 전력망 통신을 통하여 외부의 정보를 받을 수도 있다.
상기 스마트 어댑터(400)는 가정에 마련되는 콘센트(500)에 끼워지고, 상기 콘센트(500)에 연결된 배선은 상기 스마트미터(20)에 연결됨으로써 각 콘센트(500)로부터 전력을 공급받는 각 전기제품(100)으로의 전력공급상황이 상기 스마트 미터(20)에서 실시간으로 관측되도록 한다.
한편, 각 전기제품(100)에 연결되는 스마트 어댑터(400)나 실장형 스마트 제어 디바이스(300)는 서로 정보를 교환할 수 있도록 통신가능하게 연결되는 것이 바람직하다.
도8은 본 발명에 의한 스마트 어댑터(400)를 도시한 것이다.
상기 스마트 어댑터(400)는 전기제품의 플러그(P)에 결합되고 상기 콘센트(500)에 설치된다.
상기 스마트 어댑터(400)의 구성을 보면, 제어의 중심이 되는 스마트 제어부(401)와, 상기 스마트 제어부(401)와 각각 연결되는 인터페이스부(402), 입력부(403), 센서부(405), 스위치 구동부(406), 메모리부(407), 전력정보 측정부(408), 표시부(409), 상기 플러그(P)가 결합되는 제1결합부(411)와, 상기 콘센트(500)와 결합되는 제2결합부(412), 그리고 상기 제1결합부(411)와 상기 제2결합부(412)를 연결하여 전력 공급을 선택적으로 수행하는 스위치부(413)를 포함한다.
상기 스마트 제어부(401)는 마이크로 프로세서로 구성되어 외부에서 제공되는 전력정보와 환경정보, 그리고 전기제품의 상태정보에 따라서 전력공급을 제어하거나 또는 상기 전기제품과 통신하여 전기제품의 운전을 직접적으로 제어할 수도 있다.
상기 인터페이스부(402)는 외부에서 제공되는 전력정보나 환경정보를 받아서 상기 스마트 제어부(401)에 제공하는 역할을 하며, 외부 정보를 수신하기 위하여 원거리 통신 모듈이나, 근거리 통신모듈 등으로 구성될 수 있는데,
여기서 원거리 통신은 상기 스마트 어댑터(400)가 전력공급원과 통신하는데 사용될 수 있으며, 근거리 통신의 경우 에너지관리장치(EMS)(도2참조, 30) 또는 스마트 미터(도2참조, 20)와 통신하는 경우 사용될 수 있을 것이다.
한편, 상기 입력부(403)는 사용자가 상기 스마트 어댑터(400)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.
상기 입력부(403)는 키 패드(key pad), 방향키, 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등을 포함할 수 있다.
상기 센서부(405)는 상기 전기제품(100)의 구동상태나 외부, 내부 온도 습도 등의 환경정보를 센싱하는 역할을 하고, 센싱된 결과를 상기 스마트 제어부(401)에 전달하는 역할을 한다.
환경정보의 경우, 상기 인터페이스부(402)에 의하여 외부에서 수신될 수도 있고, 아니면 상기 센서부(405)에 의하여 자체적으로 습득될 수도 있다.
상기 스위치 구동부(406)는 상기 스위치부(413)를 작동시켜, 상기 제1결합부(411)와 상기 제2결합부(412) 간의 전력을 차단하거나 이을 수 있으며, 때로는 전력공급량을 조절할 수도 있다.
상기 메모리부(407)의 경우, 전력요금이나 전력량과 같은 전력정보 또는 환경정보, 또는 전기제품의 운전의 상태정보를 저장할 수 있다. 특히, 상기 스마트 제어부(401)가 상기 전기제품(100)과 통신하여 동작을 제어하는 경우에는 각 전기제품(100)의 운전모드 수행에 필요한 운전 파라미터에 관한 사항을 저장하는 역할도 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 스마트 제어부(401)가 각 정보에 따른 소정의 전기제품의 운전모드를 선택하고 선택된 운전모드가 수행되도록 제어하는 경우, 상기 메모리부(407)에서 필요한 파라미터를 읽어들여서 운전모드가 수행되도록 제어하는 것이다.
상기 전력정보 측정부(408)는 상기 전기제품에 공급되는 전력량이나 그 전력요금을 실시간으로 측정하여 이를 상기 스마트 제어부(401)에 전달하는 역할을 한다.
상기 표시부(409)는 시각 또는 청각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이 모듈 및 음향 출력 모듈 등이 포함될 수 있다.
상기 표시부(409)는 상기 스마트 어댑터(400)의 몸체부 외부에 노출되도록 마련되고, 전기제품의 작동상태나 전력정보, 또는 환경정보 등의 각종 정보를 디스플레이 할 수 있다.
도9는 상기 스마트 제어 디바이스(200)와 상기 에너지 관리장치(30) 사이의 통신 및 그에 따른 제어동작을 나타낸 것이다.
우선, 상기 에너지관리장치(30)에서 상기 전기제품(100)에 장착되는 상기 스마트 제어 디바이스(200)로 환경정보 또는 전력정보가 전송되면, 상기 스마트 제어 디바이스(200)는 상기 전기제품(100)이 상기 환경정보, 또는 전력정보, 또는 전기제품의 상태정보를 고려한 종합적인 구동조건에 따라서 동작하도록 제어한다.
이 경우, 상기 스마트 제어 디바이스(200)는 상기 전기제품(100)의 동작을 모니터링하면서 제어 하는 단계를 수행한다(S901).
한편, 상기 전기제품(100)이 상기 스마트 제어 디바이스(200)의 제어에 따라서 운전하던 도중 사용자가 갑작스럽게 명령을 입력하여 현재 운전 중은 운전모드와 다른 운전모드를 수행할 것을 지시하는 경우에는 입력된 운전명령을 우선적으로 처리하는 단계를 수행한다.
예를 들어 현재 보통 운전 중에 절전운전이나 초절전 운전을 명령하는 경우나, 절전운전이나 초절전 운전 중에 보통 운전을 명령하는 경우가 이에 해당할 것이다. 이러한 운전은 전력정보나 환경정보에 무관하게 전기제품 자체적으로 제어되고 기능이 수행되는 것이 특징이다.
또한, 전기제품의 구동시간을 변경하는 경우도 이에 해당할 수 있을 것이다.
이와 같이 사용자의 입력명령을 강제적으로 우선실행하는 경우, 이러한 상황은 상기 스마트 제어 디바이스(200)에 의하여 인지되고, 이러한 상황이 상기 에너지관리장치(30)로 알려지게 된다.
이 상태에서 상기 스마트 제어 디바이스(200)는 상기 자체 동작이 완료될 때까지 모니터링 하는 단계를 수행한다(S902).
이후, 상술한 우선 강제 실행동작이 완료되는 경우, 이러한 완료 상황이 상기 스마트 제어 디바이스(200)에 의하여 인식되고, 또한 상기 에너지 관리장치(30)에 통보된다.
이후, 다시 상기 에너지관리장치(20)가 상기 스마트 제어 디바이스(200)로 환경정보 또는 전력정보를 전송하고, 이러한 정보들을 바탕으로 상기 스마트 제어 디바이스(200)는 상기 전기제품(100)을 제어하고, 그 제어 상황을 모니터링 할 수 있다(S903).
다만, 사용자의 입력명령의 우선실시는 강제적인 사항이 될 수도 있으나, 전력요금 또는 전력사용량에 따라 선택적으로 실시할 수도 있다.
즉, 절전운전 중에 사용자가 일반 운전모드가 되도록 하였으나, 현재 시간구간에서의 전력요금이 다른 시간대에 비하여 현저하게 비싸다고 판단되는 경우에는 이러한 사실을 사용자에게 알리고, 사용자의 입력에 의한 운전모드 수행을 바로 실시하지 않고 대기시키고 절전운전모드 상태를 유지할 수도 있는 것이다.
도10은 상기 스마트 제어 디바이스(200)와 상기 스마트 미터(20) 간에 통신상태를 나타내는 것을 도시한 것이다.
여기서도, 통상적으로는 상기 스마트 미터(20)를 통하여 상기 스마트 제어 디바이스(200)가 환경정보 또는 전력정보를 받고 이를 근거로 상기 전기제품(100)을 제어하고, 그 제어상황을 모니터링하는 단계가 이루어진다(S1001, S1003).
다만, 사용자의 수동적인 명령입력이 있는 경우, 이를 우선적으로 강제 실행하는 단계가 있으며, 이러한 단계에서는 상기 스마트 제어 디바이스(200)는 모니터링 동작만 수행한다(S1002).
그리고, 이러한 우선 강제 실행 단계가 완료되면 다시 통상적인 모니터링과 제어 단계를 수행한다. 구체적인 제어 상황은 상기 도9에서 설명된 상황과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 하겠다.
도11은 환경정보 또는 상태정보에 따른 스마트 제어 디바이스의 전기제품 제어동작의 흐름을 도시한 것이다.
전기제품이 작동하고(S1101), 상기 스마트 제어 디바이스는 전기제품의 운전모드의 상태정보나 온도나 습도와 같은 환경정보를 인식한다(S1102).
그리고, 인식된 상태정보나 환경정보의 변화가 있는지 판단하고(S1103), 이러한 변화를 억제하거나 또는 활성화 할 필요가 있는지 판단한다(S1104).
상태 정보의 예로는 에어컨의 팬의 속도나 압축기의 운전율, 건조기의 드럼의 회전속도, 드럼 내부의 온도, 냉장고 저장실의 온도 정보 등이 될 것이며, 환경정보의 예로는 실내온도나 습도가 될 것이다.
즉, 실내온도가 상승하는 방향으로 환경정보가 변화한다면, 그러한 실내온도의 변화를 억제하거나, 하강하는 방향으로 전환시키기 위하여 상기 스마트 제어 디바이스는 상기 전기제품을 네거티브 피드백(Negative feedback)운전모드가 되도록 제어한다(S1105).
네거티브 피드백이란 폐루프계 외부의 변화의 영향을 줄이기 위하여 폐루폐계를 제어하는 피드백 제어를 말한다.
에어컨의 경우라면, 실내온도의 상승을 방지하거나, 하강이 되도록 실내팬의 속도를 증가시키거나, 압축기의 운전율을 증가시키는 제어가 될 것이고, 냉장고의 경우라면, 저장실의 온도 상승이 방지되도록 역시 압축기의 운전율을 증가시키거나 압축기의 스트로크를 증가시키는 제어가 될 것이다.
한편, 변화가 활성화될 필요성이 있는 경우, 즉, 예를 들어 건조기의 드럼 내부의 온도가 증가상태에 있으면서, 앞으로 더 증가되어야 할 필요성이 있는 경우에는 이러한 변화를 가속화 하기 위하여 건조기 내부의 히터의 온도가 올라가도록 히터에 인입되는 전력량을 증가시키는 포지티브 피드백(Positive feedback )운전모드가 되도록 제어한다(S1106).
도12에서 도시한 바와 같이, 상기 스마트 제어 디바이스가 전력정보(S1201)를 인식하고, 인식된 전력정보가 전력요금인지 전력량인지 판단한다(S1202). 여기서 인식된 전력요금 또는 전력량은 사용중인 전력에 대한 전력요금 또는 사용전력량이다.
만약에, 인식된 전력정보가 전력요금인 경우, 우선 현재 전력요금이 도17에 나타난 제1요금기준치 이하인지, 즉 오프피크구간에 속하는지 여부를 판단한다(S1203). 현재 오프피크 구간이면 전기제품이 비절전 운전모드, 즉 통상적인 운전모드를 수행하도록 제어한다(S1204).
그런데, 현재 전력요금이 상기 제1요금기준치를 초과한다고 판단되는 경우, 그 전력요금이 제1요금기준치 이상 제2요금기준치 이하가 되는지, 즉 온피크 구간에 있는지 판단한다(S1205).
현재 온피크 상태라고 판단되는 경우, 상기 스마트 제어 디바이스는 전기제품이 제1절전운전모드로 수행되도록 제어한다(S1206). 즉, 전기 제품에 있는 모터나 압축기, 또는 조명 등의 소비전력을 줄이는 방향으로 제어하는 것이다.
한편, 전력요금이 제2요금기준치를 초과한다고 판단되는 경우, 즉 크리티컬 온 피크에는 도13 및 도17에서 도시한 바와 같이, 상기 제1절전운전모드보다 그 절전강도가 더 큰 제2절전운전모드가 되도록 상기 스마트 제어 디바이스가 상기 전기제품을 제어한다.
그리고, 필요에 따라서는 전기제품의 동작을 정지시킬 수도 있다(S1302).
한편, 도12로 돌아와서, 상기 전기제품이 비절전운전 또는 제1,2절전운전 수행시 상기 스마트 제어 디바이스는 상기 전기제품의 상태를 모니터링 하면서, 전기제품의 상태정보 또는 외부 습도와 온도와 같은 환경정보를 인식한다(S1207).
그리고, 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화가 있는지, 즉, 전기제품의 운전상태 또는 온도 또는 습도의 변화가 있는지 판단하는 단계를 거친다(S1208).
판단 결과, 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도가 제1변화기준치 이하인지 판단하고(S1401), 그러하다면, 현재 운전모드를 유지한다. 즉, 예를 들어서 에어컨의 경우, 실내온도의 변화가 상승하여도 그 상승정도가 미미하다고 판단되는 경우, 현재 에어컨의 운전상태를 그대로 유지하는 것을 의미한다.
다만, 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도가 제1변화기준치를 초과하되, 제2변화기준치 이하가 되는지 여부를 판단하고(S1403), 그러하다면 상기 스마트 제어 디바이스는 상태정보 또는 환경정보의 변화억제를 위한 전기제품 운전모드를 변화시키는 제어를 수행한다(S1404).
즉, 예로서 실내온도가 상승한 정도가 일정 수준 이상이 되거나, 냉장고의 저장실의 내부온도가 일정온도 이상 올라가는 경우, 이러한 온도의 변화를 억제하기 위하여 팬이나 압축기의 운전모드를 변화시키는 것을 들 수 있다.
그리고, 이 경우는 비절전 모드가 수행되는 경우에는 그 내부에서 각 구성요소에 입력되는 전력의 크기가 증가할 것이고, 절전운전모드 수행시에도 그 절전운전모드의 범위를 해하지 않는 한계 내에서 입력 전력의 크기가 증가하게 될 것이다.
도15에서 도시한 바와 같이, 만약에 상태정보 또는 환경정보의 변화정도가 상기 제2변화 기준치 이상이 된다고 판단되는 경우(S1501), 상기 스마트 제어 디바이스는 그 변화 정도를 억제하도록 전기제품을 제어하되, 그 억제하기 위한 사용전력이 상기 S1404단계보다 증가할 것이다.
특히, 절전운전 모드시 구동시 절전운전모드를 해제하여 불가피한 전력사용을 허용한다(S1502). 그리고, 상태정보 또는 환경정보 변화 억제를 위하여 전기제품의 운전모드가 변화되도록 제어한다(S1503).
상술한 바와 같이, S1503의 운전모드의 변화폭은 S1404에서의 운전모드의 변화폭보다 현저하게 크게 될 것이다.
한편, 도12의 S1202단계에서 인식된 정보가 사용되는 전력량인 경우에는 도16과 같이, 현재 시간구간별 댁내 전력사용량 정보를 인식하고(S1601), 현재 댁내 전력사용량이 전력사용량 기준치 이상인지 또는 이하인지 여부를 판단한다(S1602).
즉, 도17에서 도시한 그래프에서 사용전력량이 사용전력량 기준치(S3)을 초과하는지 여부를 판단하고, 그러한 사용전력량이 상기 기준치(S3)을 초과하면, 상기 스마트 제어 디바이스는 이를 온피크시간구간으로 인식하여 이때에는 사용전력량이 줄어들 수 있도록 여러개의 전기제품이 동시에 또는 선택적으로 절전운전모드를 수행할 수 있도록 제어한다(S1603).
반대로, 상기 사용전력량이 상기 기준치(S3)을 하회하면 상기 스마트 제어 디바이스는 이를 오프피크 시간구간으로 인식하여 비절전운전모드를 수행하도록 한다(S1604).
여기서, 도16에서 나타난 사용전력량으로서 온피크 또는 오프피크를 정의하고 인식하는 것은 각 가정에서 정한 사용전력량의 한계치를 이용하는 것이므로 각 가정별로 서로 다르게 온피크 시간 또는 오프피크 시간이 설정될 수 있다.
10: 전력관리네트워크 20: 스마트 미터
30: 에너지관리장치 50: 전력관리프로그램 운영주체
51: 자가발전시설 52: 연료전지
100: 전기제품 200: 스마트 제어 디바이스
300: 실장형 스마트 제어 디바이스 400: 스마트 어댑터
301,401: 스마트 제어부 302, 402: 인터페이스부
303,403: 사용자 입력부 305.405: 센서부
307, 407: 메모리부 309, 409: 표시부

Claims (19)

  1. 전기제품의 동작을 모니터링하고 스케쥴링하는 스마트 제어 디바이스에 있어서,
    네트워크를 통하여 전력정보를 수신하는 인터페이스부와;
    상기 인터페이스부로부터 전달받은 전력정보에 기초하여 상기 전기제품의 절전기능을 제어하는 스마트 제어부와;
    상기 전기제품에 대한 제어명령이 입력되는 입력부를 포함하되,
    상기 스마트 제어부는 전기제품에 마련되고, 수신된 전력정보에 따라서 전기제품이 절전운전모드를 수행할 수 있도록 전기제품을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 전기제품이 수신된 전력정보에 근거한 절전운전모드를 수행하도록 제어하되, 상기 절전운전모드에 우선하여 상기 입력부를 통하여 입력된 명령에 따라 상기 전기제품을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    수신된 전력정보와 상기 전기제품의 운전상태정보를 표시하는 표시부를 더 포함하며, 상기 스마트 제어부는 상기 표시부에 수신된 전력정보와 상기 전기제품의 운전상태정보가 동시에 표시되거나 또는 선택적으로 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 전기제품의 상태정보의 변화 또는 상기 전기제품의 환경정보의 변화를 고려하여 이에 대응되는 운전모드가 수행될 수 있도록 상기 전기제품을 구동제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 상태정보의 변화 또는 상기 환경정보의 변화를 고려하여 전기제품에서 절전운전모드가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상태정보 또는 환경정보 및 이들의 변화를 감지하는 센서부를 더 포함하며,
    상기 스마트 제어부는 상기 센서부에서 센싱된 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화를 인식하는 단계와;
    상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화에 대응하여 현재의 운전모드의 변화가 필요한지 여부를 판단하는 단계와;
    현재의 운전모드의 변화가 필요하다고 판단되는 경우, 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도에 대응되는 변화된 운전모드가 수행되도록 메모리부에서 필요한 운전데이터값을 추출하여 운전모드를 변화시키는 단계가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 상태정보의 변화 또는 상기 환경정보의 변화가 발생하는 경우, 상기 상태정보의 변화 억제 또는 상기 환경정보의 변화 억제를 위하여 상기 운전모드가 네거티브 피드백(negative feedback) 운전모드가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 상태정보의 변화 또는 상기 환경정보의 변화가 발생하는 경우, 상기 상태정보의 변화 정도 또는 상기 환경정보의 변화의 활성화를 위하여 상기 운전모드가 포지티브 피드백(positive feedback) 운전모드가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 전기제품에 대한 절전운전모드가 유지되는 상태에서,
    상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도가 제1변화 기준치 이하가 되는 경우, 현재의 운전모드를 유지하도록 제어하고,
    상기 상태정보 또는 환경정보의 변화정도가 상기 제1변화 기준치 이상 상기 제2변화 기준치 이하가 되는 경우, 상기 절전운전모드의 범위 내에서 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화를 억제하기 위하여 상기 전기제품의 운전모드가 변화되도록 제어하고,
    상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화정도가 상기 제2변화 기준치 이상이 되는 경우, 상기 상태정보 또는 상기 환경정보의 변화를 억제하기 위하여 상기 절전운전모드를 해제하고 통상의 운전모드가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전력정보는 시간구간별 전력요금에 대한 정보 및 상기 전력요금의 수준에 따라 정의된 시간구간 정보를 포함하며,
    상기 스마트 제어부는 상기 전력요금이 제1요금 기준치 이하가 되는 오프피크 시간구간에서는 비절전운전모드가 수행되도록 제어하고,
    상기 전력요금이 상기 제1기준치 이상 제2요금 기준치 이하가 되는 온피크시간구간에서는 제1절전운전모드가 수행되도록 제어하고,
    상기 전력요금이 상기 제2기준치 이상 제3요금 기준치 이하가 되는 크리티컬 온 피크 시간구간에서는 절전정도가 제1절전운전모드보다 큰 제2절전운전모드가 수행되도록 제어 하거나 또는 전기제품의 동작이 정지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전력정보는 시간구간별 댁내 전력사용량 정보를 포함하며,
    상기 스마트 제어부는 상기 댁내 전력사용량이 소정의 전력사용량 기준치 이하가 되는 시간구간에서는 비절전운전모드를 수행하고,
    상기 댁내 전력사용량이 소정의 전력사용량 기준치 이상이 되는 시간구간에서는 전력사용량을 억제하거나 감소시키기 위한 절전운전모드를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 전기제품 내부에 배치되는 스마트 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인터페이스는 상기 전기제품 내부에 마련되어 수신된 상기 전력정보를 사기 스마트 칩에 전달하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 제어 디바이스는 전기제품의 플러그에 연결되는 스마트 어댑터로 구성되며, 상기 스마트 어댑터의 내부에는 상기 스마트 제어부가 마련되는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인터페이스부는 상기 스마트 어댑터에 마련되되, 상기 스마트 제어부와 연결되어, 상기 전기제품 제어에 필요한 정보를 수신하여 상기 스마트 제어부에 전달하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스마트 어댑터는 전력정보 상태를 표시하는 표시부와;
    전기제품으로 공급되는 전력을 조절하거나 차단하기 위한 스위치부 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 전기제품에 마련되는 복수의 전력소비 유닛의 동작과 전원의 공급을 각각의 전력소비 유닛에 대하여 독립적으로 또는 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 스마트 제어부는 상기 전기제품이 수신된 전력정보에 근거한 절전운전모드를 수행하도록 제어하되, 상기 절전운전모드에 우선하여 상기 입력부를 통하여 입력된 명령이 인식된 경우, 인식된 명령에 의한 운전모드와 상기 절전운전모드가 선택적으로 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
  19. 전기제품의 동작을 모니터링하고 스케쥴링하는 스마트 제어 디바이스에 있어서,
    네트워크를 통하여 전력정보를 수신하는 인터페이스부와;
    상기 인터페이스부로부터 전달받은 전력정보에 기초하여 상기 전기제품의 절전기능을 제어하는 스마트 제어부와;
    상기 전기제품에 대한 제어 명령이 입력되는 입력부를 포함하되,
    상기 스마트 제어부는 상기 전기제품이 수신된 전력정보에 근거한 동작모드를 수행하도록 제어하되, 상기 동작모드에 우선하여 상기 입력부를 통하여 입력된 명령에 따라 상기 전기제품을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 제어 디바이스.
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