KR20120078134A

KR20120078134A - 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템

Info

Publication number: KR20120078134A
Application number: KR1020100140340A
Authority: KR
Inventors: 김연옥; 손종일
Original assignee: (주) 싱크펄스
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-07-10
Also published as: KR101228377B1

Abstract

본 발명은 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 각 로드에 연결되어 상기 연결된 각 로드로부터 전력 관련 정보를 획득하여 소비 전력값을 산출하고, 상기 산출된 소비 전력값을 스마트 게이트웨이로 무선 통신 수단을 통해 전송하는 로드 제어 장치; 자신이 형성한 마이크로 네트워크에 포함된 상기 각 로드 제어 장치로부터 상기 해당 로드에 대한 소비 전력값을 수신하여 저장하는 스마트 게이트웨이; 및 상기 각 스마트 게이트웨이로부터 상기 스마트 게이트웨이가 형성한 마이크로 네트워크에 포함된 해당 로드 제어 장치와 연결된 상기 해당 로드에 대한 소비 전력값을 수신하여 저장하는 모니터링 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템 {Electric energy control system using a smart grid}

본 발명은 전력 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 스마트 그리드를 이용하여 유무선 통신 수단에 의해 각 로드 제어 장치에 연결된 로드의 전력을 제어하기 위한 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템에 관한 것이다.

스마트 그리드(Smart Grid)는 전기의 생산, 운반, 소비 과정에 정보통신기술을 접목하여 공급자와 소비자가 서로 상호작용함으로써 효율성을 높인 지능형 전력망 시스템이다.

현재의 전력시스템 상에서는 실제로 사용하는 전기보다 10% 정도 많이 생산하도록 설계되어 있다. 이는 전력의 최대소비량에 맞춰진 양으로 혹시라도 더 많이 사용할 경우에 대비해 전기를 미리 확보해 놓는 것이다. 연료는 물론 각종 발전설비도 추가적으로 필요하다. 또한 버려지는 전기 또한 많아 에너지 효율이 떨어지며, 석탄, 석유, 가스 등을 태우는 과정에서 이산화탄소 배출도 늘어난다.

한편, 꼭 필요한 만큼 전기를 생산하거나 생산량에 맞춰 전기를 사용할 수 있다면 전기를 더 효율적으로 사용하면서 지구온난화도 막을 수 있다. 따라서, 스마트 그리드는 전력망에 정보통신기술을 융합해 전기사용량과 공급량, 전력선의 상태까지 알 수 있는 기술로 에너지 효율성을 극대화할 수 있다.

스마트 그리드의 핵심은 전력망에 직비(zigbee), 전력선 통신 등의 정보통신기술을 합쳐 소비자와 전력회사가 실시간으로 정보를 주고받는 것에 있다. 따라서, 소비자는 전기요금이 쌀 때 전기를 쓰고, 전자제품이 자동으로 전기요금이 싼 시간대에 작동하게 하는 것도 가능하다.

전력생산자 입장에서는 전력 사용 현황을 실시간으로 파악하기 때문에 전력공급량을 탄력적으로 조절할 수 있다. 전력 사용이 적은 시간대에는 최대전력량을 유지하지 않거나, 남는 전력을 양수발전에 사용하여 버리는 전기를 줄일 수 있고, 전기를 저장했다가 전력 사용이 많은 시간대에 공급하는 탄력적인 운영도 가능하다. 또한, 과부하로 인한 전력망의 고장도 예방할 수 있다.

결국 스마트 그리드는 일반 가정에서 사용하는 TV, 냉장고와 같은 전자제품뿐 아니라 공장에서 돌아가는 산업용 장비들까지 전기가 흐르는 모든 것을 묶어 효율적으로 관리하는 신개념 시스템이다. 즉, 집, 사무실, 공장 어느 곳에서나 사용한 전기요금을 실시간으로 확인할 수 있고, 전기요금이 비싼 낮 시간대를 피해 전기를 사용하는 것도 가능하다.

한편으로 향후에는 전력망을 지능화 함으로서 중앙으로부터 일방적으로 전기가 공급되던 수직적 체계에서 벗어나, 마이크로그리드와 분산 전원 방식과 같은 양방향 수평적 공급체계를 마련하여 에너지 프로슈머가 등장하게되는 발판을 마련할 수 있을 것으로 예상된다.

스마트 그리드는 단순히 전력망을 지능화하는 것에서 그치는 것이 아니라, 다른 산업과의 연계할 수 있다는 점에서 큰 파급효과를 가지고 있으며, 갈수록 큰 시장이 형성될 것으로 예상되고 있다. 스마트 그리드와 연계되는 분야로는 전력산업, 정보통신산업, 전력저장장치, 마이크로그리드 전기자동차산업, 건설산업 등이 있다.

스마트 그리드의 최종적인 목표는 에너지 절감이다. 필요한 만큼의 전기를 생산하고, 남는 전기는 축전기를 통하여 저장하고 필요할 때 다시 공급하여 버려지는 전기를 줄일 수 있다. 또 전력수요를 분산시켜서 발전 설비의 효율을 증가시키고, 분산 전원 방식을 통해 송배전효율을 증대시킬 수 있다. 이러한 에너지 절감과 신재생 에너지의 도입을 가속화시켜서 온실 가스의 배출 감소를 얻을 수 있다.

아울러, 전기사용량을 실시간으로 모니터링하여 전력수요가 일정 시간대에 몰리지 않게 분산시키고, 전력 공급이 끊기는 사고가 발생하였을 때에는 이를 대체할 송배전 선로를 통해 전기를 보내도록 설정하는 등 유연한 대처도 가능하다. 이를 통하여 높은 품질의 전기를 안정적으로 공급할 수 있다.

그러나, 이와 같은 스마트 그리드의 목표와 개념은 이미 많이 제안이 되어 왔으나, 실질적으로 효과적인 전력의 제어 방법에 대해서는 보다 구체적인 연구가 필요하다. 또한, 유무선 통신 수단을 이용하여 네트워크를 형성함으로써 보다 효과적인 스마트 그리드를 구현할 수 있는 방법 내지 시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 마이크로 네트워크 내에 포함된 복수의 각 로드 제어 장치에서 자신에게 연결된 로드의 정보를 스마트 게이트웨이로 무선 전송하고, 각 스마트 게이트웨이에서 수집된 정보를 중앙에 있는 모니터링 서버에서 취합하여 관리함으로써 각 로드에 대해 효과적이고 통합적인 전력 제어가 가능한 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 스마트 그리드를 위한 네트워크를 형성하는 스마트 게이트웨이와 로드 제어 장치에 고유의 아이디를 설정하고, 측정 데이터 또는 제어 명령 전송시 상기 설정된 아이디를 함께 전송함으로써 네트워크에 대한 효과적인 관리 및 전력 제어가 가능한 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 스마트 그리드를 위해 각 스마트 게이트웨이에 의해 형성되는 마이크로 네트워크에서 각 로드 제어 장치를 등록하여 관리함으로써 인접한 마이크로 네트워크와의 충돌 및 오작동을 방지할 수 있는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템은, 각 로드에 연결되어 상기 연결된 각 로드로부터 전력 관련 정보를 획득하여 소비 전력값을 산출하고, 상기 산출된 소비 전력값을 스마트 게이트웨이로 무선 통신 수단을 통해 전송하는 로드 제어 장치; 자신이 형성한 마이크로 네트워크에 포함된 상기 각 로드 제어 장치로부터 상기 해당 로드에 대한 소비 전력값을 수신하여 저장하는 스마트 게이트웨이; 및 상기 각 스마트 게이트웨이로부터 상기 스마트 게이트웨이가 형성한 마이크로 네트워크에 포함된 해당 로드 제어 장치와 연결된 상기 해당 로드에 대한 소비 전력값을 수신하여 저장하는 모니터링 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 시스템은 상기 스마트 게이트웨이에서 상기 각 로드 제어 장치로 온 또는 오프의 제어 명령을 전송하고, 상기 제어 명령을 수신한 해당 로드 제어 장치에서 상기 수신된 제어 명령에 따라 자신에게 연결된 해당 로드의 전원 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시스템은 상기 모니터링 서버에서 제어하고자 하는 로드 제어 장치에 해당하는 상기 특정 스마트 게이트웨이로 상기 해당 로드 제어 장치에 대한 제어 명령을 전송하고, 상기 스마트 게이트웨이에서는 상기 모니터링 서버로부터 수신된 상기 로드 제어 장치에 대한 제어 명령을 해당 로드 제어 장치로 전송하며, 해당 로드 제어 장치에서 상기 수신된 제어 명령에 따라 자신에게 연결된 해당 로드의 전원 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 로드 제어 장치에서 상기 스마트 게이트웨이로 전송하는 메시지는, 자신이 속한 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 자신의 고유 정보, 현재의 소비 전력 및 현재 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스마트 게이트웨이에서 상기 모니터링 서버로 전송하는 메시지는, 상기 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 상기 스마트 게이트웨이의 누적 소비 전력, 상기 스마트 게이트웨이의 현재 전체 소비 전력, 로드 제어 장치의 고유 정보, 상기 해당 로드 제어 장치의 현재 소비 전력 및 상기 로드 제어 장치의 현재 상태 정보 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모니터링 서버에서 상기 스마트 게이트웨이로 전송하는 상기 특정 로드 제어 장치에 대한 제어 메시지는, 제어할 로드 제어 장치에 해당하는 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 상기 해당 로드 제어 장치의 고유 정보 및 제어 명령 정보를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 스마트 게이트웨이에서 상기 로드 제어 장치로 전송하는 제어 메시지는, 자신의 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 상기 해당 로드 제어 장치의 고유 정보 및 제어 명령 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 스마트 게이트웨이는 상기 각 로드 제어 장치로부터 해당 마이크로 네트워크에 대한 참가 요청 메시지를 수신하고, 상기 해당 로드 제어 장치에 대한 정보를 저장하여 마이크로 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 스마트 게이트웨이에 저장되는 상기 로드 제어 장치에 대한 정보는, 상기 로드 제어 장치에 대한 MAC 주소인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, TV, PC, 전자 제품 등의 각 로드에 연결된 복수의 로드 제어 장치를 통해 로드의 전력 관련 정보를 수집하고, 수집된 정보를 스마트 게이트웨이로 무선 전송함으로써 하나의 마이크로 네트워크를 형성하고, 복수의 스마트 게이트웨이에서 수집된 정보를 하나의 모니터링 서버에서 취합하여 관리함으로써 매크로 네트워크를 형성하게 되어, 효과적인 스마트 그리드의 구현이 가능해지는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 스마트 게이트웨이와 로드 제어 장치에 각각 고유의 아이디(ID)를 설정하고, 로드 제어 장치에서 측정된 측정 데이터를 스마트 게이트웨이로 전송하거나 스마트 게이트웨이에서 각 로드 제어 장치로 제어 명령을 전송할 때, 상기 설정된 아이디를 함께 전송함으로써 스마트 그리드 네트워크에 대한 효과적인 관리 및 전력 제어가 가능해지는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 스마트 그리드를 위해 각 스마트 게이트웨이에 의해 형성되는 마이크로 네트워크에서 각 로드 제어 장치를 등록하여 관리함으로써 인접한 마이크로 네트워크와의 충돌 및 오작동을 방지할 수 있게 되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 게이트웨이와 로드 제어 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 게이트웨이에 디스플레이되는 정보의 예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 각 주체간에 전송되는 메시지의 세부 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 각 스마트 게이트웨이로부터 전송되어 모니터링 서버에서 취합되어 디스플레이되는 정보를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 모니터링 서버에서 각 로드 제어 장치를 제어하는 절차를 나타내는 신호 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 스마트 게이트웨이에서 각 로드 제어 장치를 제어하는 절차를 나타내는 신호 흐름도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 인접 마이크로 네트워크와의 간섭을 회피하기 위한 네트워크 구성 절차를 나타내는 신호 흐름도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 모니터링 서버에서 취합된 정보를 분석하여 제공하는 결과를 나타내는 도면.

본 발명은 효과적인 스마트 그리드의 구현을 위해 스마트 게이트웨이(Smart Gateway; SG)를 중심으로 하는 마이크로 네트워크 내에 포함된 복수의 각 로드 제어 장치(Load Controller; LC)에서 자신에게 연결된 로드(예컨대, TV, PC, 냉장고 등의 가전 제품)의 정보를 스마트 게이트웨이로 무선 전송하고, 각 스마트 게이트웨이에서 수집된 정보를 매크로 네트워크를 형성하는 중앙에 있는 모니터링 서버(Central monitoring server)에서 취합하여 관리함으로써 각 로드에 대해 효과적이고 통합적인 전력 제어가 가능하게 된다.

이때, 상기 스마트 게이트웨이와 로드 제어 장치에 각각 고유의 아이디(ID)를 설정하고, 로드 제어 장치에서 측정된 측정 데이터를 스마트 게이트웨이로 전송하거나 스마트 게이트웨이에서 각 로드 제어 장치로 제어 명령을 전송할 때, 상기 설정된 아이디를 함께 전송함으로써 네트워크에 대한 효과적인 관리 및 전력 제어가 가능하게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 하기에는 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 각 로드(130)(예컨대, TV, PC, 냉장고 등 가전제품 등)에는 본 발명의 실시예에 따른 로드 제어 장치(Load Controller; LC)(120)가 연결되고, 상기 각 로드 제어 장치(120)에서 해당 연결된 로드(130)에 대한 전력 관련 정보를 무선 통신 수단을 이용하여 스마트 게이트웨이(Smart Gateway; 110)로 전송한다. 이와 같이 함으로써, 하나의 스마트 게이트웨이(110)는 특정 무선 커버리지 영역 내에 포함된 복수의 로드 제어 장치(120)와 마이크로 네트워크(Micro network)를 형성한다. 이때, 상기 본 발명의 실시예에 따른 로드 제어 장치(120)는 멀티탭(multitab)(121) 이나 콘센트(122) 등에 연결되어 장착될 수도 있으며, 각 로드(130) 또는 전원 공급 장치 내에 내장형으로 장착될 수도 있다.

한편, 복수의 각 로드 제어 장치(120)로부터 정보를 수집하는 스마트 게이트웨이(110)는 수집된 정보를 유무선망을 통해 모니터링 서버(100)로 전송한다. 이렇게 함으로써, 상기 모니터링 서버(100)와 모니터링 서버(100)에서 관리하는 복수의 스마트 게이트웨이(110)가 매크로 네트워크(Macro network)를 형성한다. 즉, 모니터링 서버(100)에서는 각 스마트 게이트웨이(110)를 통해 해당 네트워크 내에 포함된 복수의 로드 제어 장치(120)들로부터 수집된 전력 관련 정보를 취합할 수가 있게 된다.

또한, 상기 각 스마트 게이트웨이(110)는 해당 마이크로 네트워크 내에 포함된 각 로드 제어 장치(120)에 제어 신호를 전송함으로써, 해당 로드의 전원을 제어할 수 있다. 아울러, 모니터링 서버(100)에서도 각 스마트 게이트웨이(110)를 통해 해당 로드 제어 장치(120)에 제어 신호를 전송함으로써, 해당 로드의 전원을 제어할 수 있다.

이하, 상기 모니터링 서버(100), 스마트 게이트웨이(110) 및 로드 제어 장치(120) 사이에 송수신되는 전력 정보 수집 및 전력 제어 절차를 상세히 설명한다. 한편, 후술하는 설명에서는 설명의 편의상 스마트 게이트웨이(110)를 'SG'로 표기하고, 로드 제어 장치(120)를 'LC'로 표기한다.

먼저, LC(120)는 각 로드(가전제품)의 소비 전력 값을 산출한다. 그런 다음, 상기 LC(120)는 SG(110)에 각 로드의 소비 전력 값 및 상태(ON, OFF, 대기전력) 정보를 실시간 또는 주기적으로 무선 전송한다. 이때, 무선 전송 수단은 지그비, WLAN, WiFi, Wibro 등을 포함하여 어떠한 무선 전송 수단을 사용하는 것도 가능하다.

또한, SG(110)는 상기 LC(120)로부터 얻은 데이터를 데이터베이스에 저장함으로써 수집된 데이터를 관리한다. 아울러, SG(110)는 사용자의 조작에 의하여 각 로드(120)의 전원을 온/오프함으로써 무전으로 전원을 제어하는 것이 가능해진다.

한편, 본 발명의 실시예에 따라 각 LC(120)와 SG(110)는 고유의 ID를 부여받으며, 데이터 또는 제어 명령을 전송할 때 설정된 ID도 함께 전송한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 SG(110)는 각 LC(120)의 데이터를 취합하고 이를 중앙 모니터링 서버(100)에 전송한다. 중앙의 모니터링 서버(100)는 각 SG(110)로부터 전송된 데이터를 취합 관리한다. 또한, 모니터링 서버(100)로부터 특정 SG(110)가 담당하는 네트워크 내에 존재하는 특정 LC(120)의 전원을 온 오프 제어할 수 있다. 한편, 각 LC(120)의 상태변화(온, 오프, 대기상태)가 발생하면 이를 SG(110)에 전송한다.

이하, 상기 LC(120) 및 SG(110)의 기능을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 각 LC(120)의 기능을 설명하면, LC(120)는 해당 LC(120) 연결된 로드(즉, 가전제품)의 소비 전력 상태를 검사한다. 즉, 소비전력의 실시간 검침 기능을 제공한다.

소비 전력 값을 얻은 LC(120)는 각 로드(130)를 크게 세 가지 상태로 구분함으로써 가전 제품 등의 상태를 검사한다.

첫 번째, 'ON' 상태일 경우, 해당 가전제품이 연결되고 작동되는 상태(예컨대, 냉장고 작동, TV 켜진 상태, 에어컨이 돌아가는 상태 등)로서, 가전제품의 소비 전력 값이 산출된다. 두 번째, '대기상태'는 가전제품이 연결되었으나, 작동되지 않은 상태이다. 그러나, 가전제품을 끄더라도 일반적으로 대기소비전력이 발생하기 때문에, LC(120)는 이러한 대기소비전력 값을 얻어낸다. 세 번째, 'OFF' 상태는 가전제품의 코드를 뽑은 것과 같은 상태로 소비전력은 제로(0)가 된다.

LC(120)는 이러한 소비전력값을 실시간으로 설정된 주기에 따라 SG(110)에 전송하게 된다. 이때, 전송하는 데이터의 내용은 자신의 ID, 상태(ON/OFF/대기) 정보 및 측정된 소비전력값을 포함한다.

또한, LC(120)는 주기적인 데이터 전송 외에도 특정 이벤트가 발생하면 이를 전송함으로써 상태변화 알림 기능을 제공한다. 즉, 'ON' 상태에서 대기상태로 바뀌는 경우 즉시 이를 SG(110)에 알리게 된다. 예컨대, TV를 보다가 끈 경우, 상태가 변화했으므로 이를 SG(110)에 전송한다.

한편, LC(120)는 SG(110)의 명령을 받아 자신의 상태를 변화시키고, 각 로드(130)의 전원을 제어한다. 즉, 대기상태에서 SG(110)로부터‘OFF’명령을 받으면, 상태를 'OFF'로 변화시키고 이를 SG(110)에 알린다.

다음으로, SG(110)의 기능을 설명하면, SG(110)는 각 LC(120)의 데이터를 수신하여 이를 저장하고 여러 가지 형태로 표시하는 기능을 갖는다. 또한, 각 LC(120)에 상태변화(ON,OFF,대기) 명령을 내려, 원격 제어하는 기능을 갖는다.

이때, SG(110)는 각 LC(120)로부터 받은 데이터를 이용하여 현재소비전력, 일정기간의 누적소비전력, 소비전력에 의하여 향후 지불할 전기요금, 현재 각 가전의 상태 등의 정보를 표시한다.

또한, SG(110)는 각 LC(120)의 상태를 바꾸는 원격제어기능을 갖는다. 아울러, 각 SG(110)는 LC(120)의 값을 중앙에 있는 모니터링 서버(100)에 전송하고, 중앙 모니터링 서버(100)의 명령을 받아 각 LC(120)를 제어하는 기능을 갖는다.

이때, 하나의 SG(110)가 제어하는 네트워크는 인접 SG(110) 네트워크와 간섭이 발생하지 않도록 구성한다. 따라서, SG(110)1이 자신의 네트워크 내에 있는 LC(120)에게 내린 명령은 SG(110)2 네트워크 내에 있는 LC(120)에 영향을 미치지 않는다. 또한, LC(120)는 자신의 SG(110)에게만 데이터가 전송되고, 인접한 SG(110)에게는 데이터가 전송되지 않는다. 이러한 마이크로 네트워크 간의 간섭회피방법에 관한 구현 방법에 대해서는 후술하기로 한다.

이하, 도 2를 참조하여, SG(110) 및 LC(120)의 세부 구성 및 각 세부 구성의 기능을 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 게이트웨이와 로드 제어 장치의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.

먼저, SG(110) 각 기능 블록에 대해 상세히 설명한다.

중앙 처리부(215)는 데이터를 수집하고, 제어 명령을 전송하며, 수집된 정보를 표시하는 기능을 수행한다. 즉, 무선 통신부(216)를 통해 LC(120)로부터 수신한 데이터를 메모리부(211)에 저장한다. 이때, 수신된 데이터 내용은 LC(120)의 ID, 해당 로드(130)의 소비전력 및 상태 정보이다.

또한, 중앙 처리부(215)는 수신한 데이터를 프로세싱하여 표시하고, 데이터값을 계산하여 다양한 정보를 표시한다. 이때, 표시되는 데이터는 각 LC(120)의 명칭 / 현재소비전력 / 누적소비전력 / 전기요금/ 각 LC(120)의 상태(온,오프,대기) 등과 같은 정보가 될 수 있다.

한편, 상기 중앙 처리부(215)는 디스플레이부(212)의 터치스크린 등과 같은 입력 수단으로부터 사용자의 제어 명령을 받아 이를 무선통신부(216)를 통해 LC(120)에 전송한다. 상기 제어 명령의 내용으로는 해당 LC(120)의 ID / 제어명령(전원의 ON/OFF 명령)값 등을 포함한다.

아울러, 중앙 처리부(215)는 외부통신부(214)를 통해 현재의 각 LC(120)들의 상태와 소비 전력을 외부 모니터링 서버(100) 등으로 전송한다. 또한, 상기 모니터링 서버(100)로부터의 제어 명령을 외부통신부(214)를 통해 수신하고, 이를 무선통신부(216)를 통해 각 LC(120)로 전송함으로써 해당 로드(130)를 제어한다.

다음으로, 무선통신부(216)는 근거리 무선통신 표준을 채택하여 LC(120)의 무선통신부(221)와 근거리 무선 통신을 수행한다. 예컨대, IEEE802.15.4 ZigBee 무선통신 모듈 등이 탑재될 수 있다. 이에 따라, SG(110)의 무선통신부(216)와 LC(120)의 무선통신부(221)가 상호 규약된 프로토콜에 따라 무선 통신을 수행한다.

메모리부(211)는 LC(120)로부터 수신된 데이터를 저장하며, 수신데이터를 프로세싱하여 각종 정보(누적소비전력, 현재소비전력, 요금계산)를 디스플레이부(212)를 통해 표시할 수 있다. 즉, 디스플레이부(212)는 다양한 정보를 중앙처리부(215)로부터 수신하여 표시한다. 또한, 터치스크린 또는 버튼 동작에 의하여 LC(120)를 제어하는 명령신호를 중앙 처리부(215)에 전달한다. 이때, 제어명령으로는 특정 LC(120)의 상태(온/오프/대기)를 제어하는 명령이 될 수 있다.

외부통신부(214)는 중앙 모니터링 서버(100)와 통신하는 블록으로서, WLAN, LAN, CDMA, Wibro 등 다양한 광대역 네트워크의 장착이 가능하다.

이상으로, SG(110)의 각 블록에 대해 상세히 설명하였으며, 이하 LC(120)의 각 블록에 대한 설명한다.

컨트롤부(222)는 전류/전압계측부(226)로부터 전류 및 전압치를 수신하여 소비전력을 계산하고 이를 무선통신부(221)를 통해 SG(110)에 송신한다. 또한, SG(110)로부터 제어명령(온/오프)을 무선통신부(221)를 통해 수신하고, 상기 수신된 제어명령을 통해 각 로드(130)의 전원연결장치를 제어(온/오프)한다.

메모리부(225)에는 대기전력체크 알고리즘에 탑재되고 이를 통해 가전제품의 상태가 온/오프/대기상태인지를 분별한다. 무선통신부(221)는 근거리 무선통신 표준을 채택한다. 예컨대, 상기 SG(110)의 무선통신부(216)와 마찬가지로 IEEE802.15.4 ZigBee 무선통신 모듈이 탑재될 수 있다. 이와 같이 함으로써 SG(110)의 무선통신부(216)와 LC(120)의 무선통신부(221)가 상호 규약된 프로토콜에 따라 무선 송수신을 하게 된다.

전류/전압계측부(226)는 각 로드의 전원 제어부(224)로부터 전류값, 전압값을 측정하는 블록이다. 측정된 전류갑/전압값은 컨트롤부(222)에서 소비전력으로 전환하여 무선통신부(221)를 통해 SG(110)에 전달된다.

전원제어부(224)는 전원공급장치(예컨대, 콘센트,멀티탭 등)에 연결되는 부분이며, 컨트롤부(222)의 온/오프 명령에 따라 각 로드의 전원공급장치와의 연결 및 차단을 실행한다. 이때, 각 로드(130)의 전원공급장치로부터 공급되는 전류는 전원제어부(224)를 통해 가전제품 연결부(223)로 전달된다. 가전제품 연결부(223)는 가전제품의 코드가 연결되는 부분으로 가전제품에 전원을 공급하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 게이트웨이에 디스플레이되는 정보의 예를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, SG(110)에서는 수집된 각 LC(120)로 부터 수집된 정보를 모니터 화면(300)을 통해 디스플레이한다. 예컨대, 표시되는 소비 전력의 사용 시작 일시(301) 및 현재 시간(302)을 상단에 표시하며, LC(120)로부터 각 로드(130)의 ID를 수신하고, 사용자가 해당 ID의 이름을 입력함으로써, 해당 로드(130)에 대한 정보가 관리된다.

따라서, 각 가전 제품(303) 별로 수집된 누적 소비 전력(304), 현재 소비 전력(305), 각 LC의 현재 상태(306)를 표시한다. 상기 각 LC의 현재 상태(306) 정보는 상술한 바와 같이, 가전 제품이 켜져 있는 상태를 '사용중'으로 표시하고, 코드를 뽑은 상태를 '차단'이라고 표시하고, 가전은 꺼져있으나, 코드를 뽑지않아 대기 전력이 소비되는 상태를 '대기상태'로 표시한다.

또한, 각 LC(120)를 제어할 수 있는 원격 스위치(307) 항목을 추가하여, 사용자가 스크린을 터치함으로써 해당 로드(130)의 연결 또는 차단을 실행할 수 있다. 이때, '연결'은 코드를 연결한 것과 같은 동작을 의미하며, '차단'은 코드를 뽑은 것과 같은 동작을 의미한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 각 주체간에 전송되는 메시지의 세부 구성을 나타내는 도면이다. SG(110)는 각 LC(120)의 데이터를 취합하고 이를 중앙 모니터링 서버(100)에 전송한다. 이때, 각 장치들 간에 전송되는 데이터의 형태는 도 4에 도시된 바와 같다.

LC(120)에서 SG(110)로 전송되는 데이터(420)에는 LC(120) 자신이 속해 있는 SG(110)의 ID(SG_ID), 자신의 ID(LC_ID), 현재의 소비 전력(PWR) 및 현재 상태(예컨대, 온/오프/대기 상태)(STATUS) 등의 정보들이 포함될 수 있다.

한편, SG(110)는 각 LC(120)로부터 상술한 데이터(420)를 수집하고, 다시 모니터링 서버(100)로 수집된 정보를 전송한다. 이때, SG(110)에서 모니터링 서버(100)로 전송되는 데이터(410)에는 SG(110)의 ID(SG_ID), SG(110)의 누적 소비 전력(PWR_SUM), SG(110)의 현재 전체 소비 전력(PWR), LC(120)의 ID(LC_ID), 현재의 소비 전력(LC_PWR), LC의 현재 상태(온/오프/대기)(LC_STATUS) 등의 정보들이 포함될 수 있다.

반대로, 모니터링 서버(100)에서 각 SG(110)로 전송하는 데이터(430)는 제어할 특정 LC(120)가 속한 SG(110)의 ID(SG_ID), 제어할 특정 LC(120) 또는 전체 LC(120)의 ID(LC_ID), 제어 명령(차단/연결) 등의 정보들이 포함될 수 있다.

또한, 각 SG(110)에서 LC(120)로 전송하는 데이터(440)는 SG(110) 자신의 ID(SG_ID), 제어할 특정 LC(120) 또는 전체 LC(120)의 ID(LC_ID), 제어 명령(차단/연결) 등의 정보들이 포함될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 각 스마트 게이트웨이로부터 전송되어 모니터링 서버에서 취합되어 디스플레이되는 정보를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 모니터링 서버(100)에서는 현재 날짜 및 시간(501), SG(110)의 위치(502), 해당 SG(110)에 속한 LC(120)들의 현재 전체 소비 전력(504) 등의 정보들이 디스플레이될 수 있다. 이때, 각 LC(120)에 연결된 가전 제품의 명칭(503)이 표시되고, 각 LC(120)의 현재 소비 전력(506)과 연결/차단 명령(507)을 제어할 수 있는 메뉴가 표시된다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라, 모니터링 서버(100) 또는 SG(110)에서 각 LC(120)를 제어하는 절차를 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 모니터링 서버에서 각 로드 제어 장치를 제어하는 절차를 나타내는 신호 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 모니터링 서버(100)에서 GUI(Graphic User Interface)를 통해 사용자가 특정 LC(120)에 대해 온/오프 제어 명령을 입력하면, 해당 LC(120)가 속한 SG(110)로 상기 LC(120)의 온/오프 제어를 요청(S601)한다.

상기 LC 온/오프 제어 요청 메시지는 해당 SG(110)로 전송(S602)되고, 해당 SG(110)는 해당 LC(120)로 LC 온/오프를 요청(S603, S604)한다. 상기 LC 제어 메시지를 수신한 해당 LC(120)는 온/오프 동작을 수행하고, 결과를 상기 SG(110)로 전송(S605, S606)한다. 상기 제어가 성공할 경우, SG(110)는 결과를 데이터베이스에 반영하고, 결과를 모니터링 서버(100)로 전송(S607, S608)한다. 마지막으로, 모니터링 서버(100)에서는 해당 LC(120)의 온/오프 제어 명령 성공 또는 실패를 디스플레이창을 통해 표시하고, 성공에 따른 결과를 반영(S609)하게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 스마트 게이트웨이에서 각 로드 제어 장치를 제어하는 절차를 나타내는 신호 흐름도이다. 도 7을 참조하면, SG(110)에서 GUI를 통해 사용자가 특정 LC(120)에 대해 온/오프 제어 명령을 입력하면, 해당 LC(120)로 상기 LC(120)의 온/오프 제어를 요청(S701, S702)한다. 상기 LC 제어 메시지를 수신한 해당 LC(120)는 온/오프 동작을 수행하고, 결과를 상기 SG(110)로 전송(S703)한다. 상기 제어가 성공할 경우, SG(110)는 결과를 데이터베이스에 반영하고, 결과를 모니터링 서버(100)로 전송(S704, S705)한다. 마지막으로, 모니터링 서버(100)에서는 해당 LC(120)의 온/오프 제어 명령 성공 또는 실패를 디스플레이창을 통해 표시하고, 성공에 따른 결과를 반영(S706)하게 된다.

한편, LC(120)의 온/오프 상태 제어는 가전 제품의 현재 상태와는 무관하게 진행이 되며, 상기 도 6 및 도 7에서 상술한 바와 같이 모니터링 서버(100) 및 SG(110)에서 제공되는 GUI를 통해 제어가 가능하다.

또한, 누적 소비전력 데이터는 기본적으로 SG(110)에 저장이 되며, 모니터링 서버(100)는 각 SG(110)로부터 일정 기간별로 수집하여 동일한 데이터를 별도로 데이터베이스에 저장한다.

이때, SG(110) 및 모니터링 서버(100)에 저장되는 누적 소비전력 관련 데이터는 각 LC(120)별 일, 월, 년 누적 소비전력 및 전기요금, CO2 발생량 및 각 SG(110)별 일, 월, 년 누적 소비전력 및 전기요금, CO2 발생량 등이 될 수 있다.

아울러, 전기 요금 및 CO2 발생량 계산을 위한 변수는 SG(110) 및 모니터링 서버(100) 모두에서 GUI를 통하여 입력이 가능하며, 모니터링 서버(100)를 통하여 설정이 될 경우 모니터링 서버(100)는 각 SG(110)로 변경 변수값을 일괄 전송한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 인접 마이크로 네트워크와의 간섭을 회피하기 위한 네트워크 구성 절차를 나타내는 신호 흐름도이다. 본 발명의 실시예에 따라 각 SG(110)는 인접하고 있는 SG(110)에서 구성된 다른 마이크로 네트워크와의 간섭을 회피하도록 설계함으로써 해당 마이크로 네트워크 내에서 전송되는 데이터가 다른 마이크로 네트워크로 전송되어 오동작하는 것을 방지하게 된다.

즉, SG(110)는 PAN 설정자(Coordinator)로서, 네트워크의 구축 및 관리의 역할을 수행한다. 따라서, SG(110)는 GUI를 통해 사용자에 의해서 미리 MAC 주소(Address)가 입력 되어진 LC(120)만 해당 마이크로 네트워크에 참여시키며, 동일한 마이크로 네트워크에 참여된 디바이스(Device)(즉, LC(120))들만 데이터를 송/수신 할 수 있다.

도 8을 참조하면, 각 SG(110)에서 마이크로 네트워크를 구축(S801)하면, 마이크로 네트워크에 포함되기를 원하는 LC(120)에서는 각 SG(110)로 네트워크 스캔 메시지를 전송(S802)하고, 해당 SG(110)로부터 비콘(Beacon) 메시지를 수신(S803)한다.

그런 다음, 상기 LC(120)는 상술한 바와 같이 일정 시간 동안 네트워크를 스캔한 후, 수집된 SG(110)에 관련된 정보를 저장한다. 상기 수집된 정보를 참조하여 순차적으로 각 SG(110)로 마이크로 네트워크 참가(Join)를 요청(S804, S805)한다.

각 SG(110)에서는 저장된 LC(120)의 MCA(Mac Address)와 비교하여 참여 여부를 결정하고, 결과를 해당 LC(120)에 응답(S806, S807)한다. 상기 참여 여부에 대한 응답 메시지를 수신한 해당 LC(120)는 참여 결정에 따라 LC(120)로서의 동작을 수행(S809)하고, 자신의 데이터를 SG(110)로 전송(S810)한다.

한편, LC(120)에서 대기 전력을 검사하는 방법으로는 LC(120)에서 자동 인식하도록 할 수도 있으며, SG(110) 또는 모니터링 서버(100)에 의해 입력하도록 구현할 수도 있다.

예컨대, LC(120)에서 자동 인식하도록 구현하는 방법은 먼저 사용할 가전기기(즉, 로드(130))의 전원을 Off(대기상태) 상태로 LC(120)에 연결한다. 그런 다음, LC(120)의 리셋 스위치를 2 초이상 누름으로써 LC(120)가 리셋이 된 후, LED 가 점등 할 때까지 누른다. 이에 따라, LC(120)는 On상태로 변경되며, 2분 정도 후 Off 상태로 변경이 된다. LC(120)는 상기 기간 동안에 측정된 값을 대기전력으로 저장한다.

다음으로, SG(110) 및 모니터링 서버(100)에 의한 입력으로 구현하는 방법은, 먼저 제공된 GUI를 통해 사용자로부터 각 LC(120)의 대기전력 값을 입력받는다. LC(120)의 On/Off 상태제어와 유사한 절차로 LC(120)에 대기 전력값을 세팅한다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 모니터링 서버에서 취합된 정보를 분석하여 제공하는 결과를 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 전력 소비 상태를 실시간으로 그래프로 나타낼 수 있으며, 월별 소비전력도 그래프로 나타낼 수 있다. 또한, 도 10을 참조하면, 각 SG(110) 별 소비전력을 그래프로 나타내거나, 전년 동월 대비 전체 소비전력을 비교하여 그래프로 나타낼 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 모니터링 서버 110 : 스마트 게이트웨이
111 : 전자식 전력량계 120 : 로드 제어 장치
121 : 멀티탭 122 : 콘센트
211 : 메모리부 212 : 디스플레이부
213 : 타이머 214 : 외부 통신부
215 : 중앙 처리부 216 : 무선 통신부
221 : 무선 통신부 222 : 컨트롤부
223 : 가전 제품 연결부 224 : 전원 제어부
225 : 메모리부 226 : 전류/전압 계측부

Claims

각 로드에 연결되어 상기 연결된 각 로드로부터 전력 관련 정보를 획득하여 소비 전력값을 산출하고, 상기 산출된 소비 전력값을 스마트 게이트웨이로 무선 통신 수단을 통해 전송하는 로드 제어 장치;
자신이 형성한 마이크로 네트워크에 포함된 상기 각 로드 제어 장치로부터 상기 해당 로드에 대한 소비 전력값을 수신하여 저장하는 스마트 게이트웨이; 및
상기 각 스마트 게이트웨이로부터 상기 스마트 게이트웨이가 형성한 마이크로 네트워크에 포함된 해당 로드 제어 장치와 연결된 상기 해당 로드에 대한 소비 전력값을 수신하여 저장하는 모니터링 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템은,
상기 스마트 게이트웨이에서 상기 각 로드 제어 장치로 온 또는 오프의 제어 명령을 전송하고, 상기 제어 명령을 수신한 해당 로드 제어 장치에서 상기 수신된 제어 명령에 따라 자신에게 연결된 해당 로드의 전원 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시스템은,
상기 모니터링 서버에서 제어하고자 하는 로드 제어 장치에 해당하는 상기 특정 스마트 게이트웨이로 상기 해당 로드 제어 장치에 대한 제어 명령을 전송하고, 상기 스마트 게이트웨이에서는 상기 모니터링 서버로부터 수신된 상기 로드 제어 장치에 대한 제어 명령을 해당 로드 제어 장치로 전송하며, 해당 로드 제어 장치에서 상기 수신된 제어 명령에 따라 자신에게 연결된 해당 로드의 전원 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 로드 제어 장치에서 상기 스마트 게이트웨이로 전송하는 메시지는,
자신이 속한 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 자신의 고유 정보, 현재의 소비 전력 및 현재 상태 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스마트 게이트웨이에서 상기 모니터링 서버로 전송하는 메시지는,
상기 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 상기 스마트 게이트웨이의 누적 소비 전력, 상기 스마트 게이트웨이의 현재 전체 소비 전력, 로드 제어 장치의 고유 정보, 상기 해당 로드 제어 장치의 현재 소비 전력 및 상기 로드 제어 장치의 현재 상태 정보 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 모니터링 서버에서 상기 스마트 게이트웨이로 전송하는 상기 특정 로드 제어 장치에 대한 제어 메시지는,
제어할 로드 제어 장치에 해당하는 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 상기 해당 로드 제어 장치의 고유 정보 및 제어 명령 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스마트 게이트웨이에서 상기 로드 제어 장치로 전송하는 제어 메시지는,
자신의 스마트 게이트웨이의 고유 정보, 상기 해당 로드 제어 장치의 고유 정보 및 제어 명령 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스마트 게이트웨이는,
상기 각 로드 제어 장치로부터 해당 마이크로 네트워크에 대한 참가 요청 메시지를 수신하고, 상기 해당 로드 제어 장치에 대한 정보를 저장하여 마이크로 네트워크를 구성하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상기 스마트 게이트웨이에 저장되는 상기 로드 제어 장치에 대한 정보는, 상기 로드 제어 장치에 대한 MAC 주소인 것을 특징으로 하는 스마트 그리드를 이용한 전력 제어 시스템.