KR20130011811A - 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템에 관한 것으로서, 특히 디지털적산 전력량계로부터 신호를 입력받아 총 수요전력량과 기설정된 목표 전력량을 비교하여 각 부하와의 접점 제어시, 각 부하에 연계된 외부 프로그램에 의해 부하의 제어 가능 상태를 파악하여 제어 가능한 부하 위주로 수용가의 최대수요전력을 관리함으로써 수용가에서 소비되는 전력량을 상기 목표 전략량 이하로 제어 및 감시하는 최대전력 관리장치; 및 상기 최대전력 관리장치와 네트워크를 통해 연결되어 송수신되는 전력정보를 바탕으로 전력 사용량을 데이터베이스화하여 미래의 사용량을 예측하고, 미래의 사용량을 토대로 제어 가능한 목표전력량을 설정하여 최대전력 관리장치에 적용하도록 전송하는 통신 서버로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 외부에서 사용자 또는 관리자가 간단한 프로그래밍을 통해 부하 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 딜레이를 구성할 수 있는 프로그램 가능 로직 제어 프로세서가 내장되어 있어 부하를 좀더 효율적으로 제어함으로써 좀더 정밀하고 안정적인 부하 운용이 가능할 뿐만 아니라, 기존에 사용하던 부하제어회로를 사용할 필요가 없어 구성이 간편하고, 부하제어회로 제작에 필요한 비용 및 시간이 절감될 수 있다.

Description

프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템{Program Logic Demand Control System}
본 발명은 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 부하별로 부하제어 특성을 체크하여 부하 특성에 따라 제어 시퀀스 및 딜레이를 프로그램 로직 제어 기법에 따라 차등 제어할 수 있는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템에 관한 것이다.
최근 생활관련 소비가 늘어나면서 냉방기기의 보급이 폭발적으로 증가하고 있으며, 전력소비 산업이 발달함에 따라 전력 에너지의 사용량이 크게 증가되어 연중 최대 피크 전력이 매년 여름철마다 연 10% 이상씩 갱신되고 있다.
이러한 하계의 최대 피크 전력중 약 20% 정도가 냉방부하로 추산되고 있고, 향후에도 냉방부하의 지속적인 신장이 예상되고 있으며, 이러한 최대 피크 전력 때문에 한전의 변전소의 전력공급 능력이 연간 피크 부하 증가율 이상으로 매년 계속 확충되어야 하는 실정으로, 이로 인한 변전소 투자 재원마련 및 변전소 입지조건 문제 등이 큰 과제로 대두되고 있다.
특히, 공장이나 대형빌딩, 아파트 등의 변전실 등에 최대전력 제어장치를 설치하여 전력사용 상태를 상시 감시하고 이를 시간대별로 미리 설정하여 놓은 목표 전력치와 비교하여 사용전력이 목표전력을 초과했을 경우 부하의 중요도 및 우선순위에 따라 에어컨, 전기로, 펌프, 공조기, 보일러 및 냉동기 등의 부하를 무인자동 온/오프 제어하여 최대 수요전력을 억제함으로써 전력의 효율적인 이용과 전기요금을 절감하고 과부하를 억제하는 등 전력 예비효율을 높이고, 에너지 합리화에 기여할 수 있도록 하고 있다.
즉, 최대전력 제어장치는 전력회사의 전력수급 안정을 위한 부하관리 프로그램의 하나로서, 과부하 계통사고에 대비하고 첨두부하를 효율적으로 억제하기 위하여 전력회사와 수용가 사이의 약정을 체결하여 피크 부하 발생시 인터넷 등의 통신망을 이용하여 약정된 수용가의 부하설비를 제어하는 시스템이다.
따라서, 상기와 같이 유용한 최대전력 제어장치를 관리하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 변전실에 대한 외부의 침입, 화재 및 폭우 등으로부터 안전하게 최대전력 제어장치를 실시간으로 관리해야 할 필요성이 있다.
도 1은 종래의 기술이 적용된 최대전력 제어 시스템을 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 일반적으로 최대전력 제어 시스템은 각 부하에 연계되어 전력 소비량을 표시하며 전력 수요 시간 펄스(EOI: End Of Interval) 및 전기 사용량펄스(WP: Watt hour Pulse)를 발생시키는 디지털 적산 전력량계(10)와, 상기 디지털적산전력량계(10)에 연계되어 상기 전력 수요 시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 입력받아 전력량을 적산하여 최대 목표 전력량과 비교하여 전력 공급을 제어하도록 각 부하에 연계된 최대전력관리장치(20)로 구성된다.
이때, 상기 최대전력 관리장치(20)는 상기 전력 수요 시간 펄스(EOI) 및 전기 사용량 펄스(WP)를 입력받아 디지털 데이터로 변환하는 디지털입력모듈(미도시)이 장착된 것으로서 상기 디지털 데이터를 통해 전력량을 적산하게 된다.
이와 같은 최대전력 관리장치(20)는 전력량과 전력수요시간이 디지털 데이터로 중앙처리장치(미도시)로 전송되면 전력량을 적산하고, 상기 디지털적산전력량계(10)의 오류가 없을 시, 정상적으로 전력량을 적산하다가 목표전력(피크 전력 또는 최대전력)을 초과하게 되면 각 부하의 접점을 동시에 제어하든지 순차적으로 제어하여 전력의 공급이 중단되도록 하여, 피크 전력량을 초과하지 않도록 한다.
만약, 사용 전력량이 목표전력을 초과하지 않게 되면 계속 디지털 데이터를 수신받아서 전력량을 카운터하게 된다.
또한, 상기 최대전력 관리장치(20)는 본체에 온/오프용 릴레이를 장착하여 디지털적산 전력량계(10)의 수요시간 대비 사용 전력량 펄스를 계산하여 사전에 정의한 목표전력 이상을 넘지 않도록 부하를 차단하는 기능을 가지고 있다.
즉, 상기 최대전력 관리장치(20)는 제어대상 부하를 정해진 순서에 의하여 순차적으로 제어(ON/OFF)하는 방식이며, 차단(OFF) 제어할 때는 부하1부터 차단(OFF)하고 복귀(ON) 제어할 때는 가장 먼저 차단(OFF)된 부하1부터 먼저 복귀(ON) 제어하는 방식이다.
이러한 우선순위 제어방식을 적용한 최대전력 제어 시스템은 사용자가 사전에 정한 부하순서에 따라 부하를 제어하기 때문에 수요전력 제어 효과가 불확실하고, 또한 온/오프용 릴레이의 구동에 의해서 부하제어가 이루어져 전력 사용량이 증가하여 제어가 계속적으로 이루어질 경우에 부하의 특성을 고려하지 않는 제어가 빈번하게 일어날 수 있어 제어대상 부하가 단순 온/오프용 부하로 제한되거나, 고급 제어가 필요한 전기로, 모터, 특정 공조기 제어에는 사용하기 어렵다는 문제점이 있다.
예를 들어, 전기로의 경우에 쇠가 굳어지는 임계온도 이하로 떨어지면 비록 최대수요 전력제어장치(Demand Controller)에서 제어가 되었다고 하더라도 다시 전원을 투입하여 임계온도 이하로 떨어지지 않게 해야 하며, 임계 온도 근방에 있을 경우에는 최대전력 관리장치(20)에서 제어명령이 오지 않아야 한다.
그런데, 종래의 최대전력 관리장치(20)는 이러한 부하의 특성이 전혀 고려되지 않고 단순 ON/OFF신호만을 릴레이로 계속 전송하여 기기의 손상 또는 우선순위가 높은 부하의 연속적인 차단만 이루어지게 되는 문제점이 있다.
또한, 각각의 제어대상 부하가 실제로 소비하고 있는 수요전력을 모르는 상태에서 정해진 순서대로 부하를 제어(ON/OFF)하기 때문에, 부하를 차단(OFF)하는 경우에 전력을 사용하고 있지 않은 부하를 차단(OFF)하여 수요전력을 감소시키는 효과가 없을 수도 있다. 뿐만 아니라, 부하를 복귀(ON)하는 경우에는 전기사용량이 많은 부하를 복귀(ON)시켜 전체 수요전력이 목표전력을 초과하는 경우도 있다.
또한, 기존의 최대전력 제어 시스템은 시퀀스 제어 및 시지연 제어가 필요한 부하의 경우 우선순위 제어 방식을 적용하려면 별도의 회로를 구성하여 부하에 맞게 새로 제작하여야 한다.
이에 따라 수용가의 경우 추가비용이 발생하고 설치자의 경우 부하의 특성을 설치 전에 파악하여 그 부하 특성에 맞는 회로를 구성하여 적용하여야 하기 때문에 금전적, 시간적 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 외부에서 사용자 또는 관리자가 간단한 프로그래밍을 통해 부하 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 딜레이를 구성할 수 있는 프로그램 가능 로직 제어 프로세서가 내장되어 있어 부하를 좀더 효율적으로 제어하여 시간 및 비용을 절감하고자 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템은, 디지털적산 전력량계로부터 신호를 입력받아 총 수요전력량과 기설정된 목표 전력량을 비교하여 각 부하와의 접점 제어시, 각 부하에 연계된 외부 프로그램에 의해 부하의 제어 가능 상태를 파악하여 제어 가능한 부하 위주로 수용가의 최대수요전력을 관리함으로써 수용가에서 소비되는 전력량을 상기 목표 전략량 이하로 제어 및 감시하는 최대전력 관리장치; 및 상기 최대전력 관리장치와 네트워크를 통해 연결되어 송수신되는 전력정보를 바탕으로 전력 사용량을 데이터베이스화하여 미래의 사용량을 예측하고, 미래의 사용량을 토대로 제어 가능한 목표전력량을 설정하여 최대전력 관리장치에 적용하도록 전송하는 통신 서버로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 최대전력 관리장치는, 부하에 연계되어 전력 소비량을 표시하며 전력 수요시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 발생시키는 디지털 적산 전력량계와, 각 부하에 연계된 외부 프로그램에 의해 부하의 접점 상태, 부하의 현재 온도값 및 임계온도값, 부하 제어 간격의 정보를 부하제어 알고리즘에 반영하여 제어 가능한 부하 위주로 프로그램을 변경하여 수요관리 제어를 수행하는 제어장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어장치는, 상기 디지털적산 전력량계로부터 전력 수요시간 펄스 및 전기 사용량 펄스가 입력되어 디지털 신호로 변환 출력하는 입력부와, 상기 입력부를 통해 전달되는 전력 수요 시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 통해 전력량을 적산하여 최대 목표 전력량과 비교하여 전력 공급을 제어하도록 하는 최대전력 관리 프로세서와, 상기 최대전력 관리 프로세서와 연계되어 부하의 접점 제어시 외부 프로그램을 해독하여 프로그램 로직 제어 기법에 의해 제어하도록 하는 프로그램 가능 로직 제어(PLC) 프로세서, 및 상기 PLC 프로세서에 연계된 부하를 동작시키거나 상태를 표시하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 PLC 프로세서는 부하의 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 딜레이를 구성할 수 있도록 프로그래밍된 외부 프로그램을 메모리에 다운로드할 수 있는 로더장치와 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 출력부는 디지털 입력(Digital Input, DI)을 통해 부하 접점의 온/오프 상태 입력, 디지털 출력(Digital Output, DO)을 통해 접점의 온/오프 동작 지시, 아날로그/디지털 컨버터를 통해 온도계측 및 감시, 부하제어 온/오프 사이의 최소 지연 시간과 같은 타이머 정보 입력 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PLC 프로세서는 시퀀스 제어, AND, OR, XOR 게이트를 이용한 로직 제어가 필요한 부하 제어시 PLC 래더 로직 툴(Ladder logic tool)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 최대전력 관리장치는 상기 통신 서버를 통해 제어 이벤트나 긴급상황 발생 정보를 수용가의 모니터링 PC와 관리자의 통신 단말기로 문자메시지 서비스를 제공하거나, 부하의 전력제어용 애플리케이션을 이용한 알림 서비스를 제공하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 통신 서버는 RTP(Real Time Pricing) 서버 또는 실시간 전력요금 정보를 상시 수신하여 전기요금 변동에 따른 수용가 전력사용량 및 사용요금을 계산하고, 이를 수용가 모니터링 PC 또는 관리자의 통신 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통신 서버는 전력거래소의 전력거래 입찰 시스템에 연결 가능하고, 상기 통신 서버는 수용가 모니터링 PC 또는 관리자의 통신 단말기로 목표 제어량, 제어율, 절감전력, 절감비용에 대한 입찰 정보를 전송하여 참여의사를 질의하고, 참여의사가 확인된 수용가를 바탕으로 전체 제어 가능한 전력을 산출하여 전력거래를 실행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 통신 서버는 관리자 또는 중앙 통제실에 설치된 모니터링 장치와 연계되고, 상기 모니터링 장치는 수용가의 실시간 전력계측 정보, 통신 운영, 및 상태 경보의 통합 감시를 수행하는 통합 감시 기능, 실시간 전력 운영 진단 및 컨설팅을 수행하는 진단 관리 기능, 이용 고객의 기본 정보, 전반적인 관리 업무를 총괄하는 고객 관리 기능, 경보 현황, 접속 통계와 같은 트랜드 분석 챠트를 제공하는 정보 관리 기능을 수행하도록 사용자 인터페이스 및 화면메뉴를 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템에 따르면, 외부에서 사용자 또는 관리자가 간단한 프로그래밍을 통해 부하 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 딜레이를 구성할 수 있는 프로그램 가능 로직 제어 프로세서가 내장되어 있어 부하를 좀더 효율적으로 제어함으로써 좀더 정밀하고 안정적인 부하 운용이 가능할 뿐만 아니라, 기존에 사용하던 부하제어회로를 사용할 필요가 없어 구성이 간편하고, 부하제어회로 제작에 필요한 비용 및 시간이 절감될 수 있으며, 다양한 부하제어 및 최대전력 관리에 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템에 따르면, 목표 부하 관리를 비롯해 모니터링 장치를 통해 전력 에너지를 실시간 모니터링하여 통합 감시, 진단 관리, 고객 관리, 및 정보 관리를 수행할 수 있어 목표 관리를 통해 피크 디맨드(Peak Demand)로 인한 추가 비용을 저감시킬 수 있고, 효율적인 전력 에너지 제어를 위해 실시간 정보를 제공함으로써 향후 전력에너지 저감 센터를 구축할 수 있고, 중소기업에 대한 전력 저감 기술 보급을 확산시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래의 기술이 적용된 최대전력 제어 시스템을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템의 전체 구성이 도시된 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 서버와 최대전력 관리장치 사이의 연결 상태가 도시된 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 PLC 래더 로직 툴이 도시된 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템과 전력거래소 간의 전력거래 구성이 도시된 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템의 전체 구성이 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 서버와 최대전력 관리장치 사이의 연결 상태가 도시된 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 적용되는 PLC 래더 로직 툴이 도시된 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템과 전력거래소 간의 전력거래 구성이 도시된 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템은, 디지털적산 전력량계(110)로부터 신호를 입력받아 총 수요전력량과 기설정된 목표 전력량을 비교하여 각 부하(130)와의 접점 제어시, 각 부하(130)에 연계된 외부 프로그램에 의해 부하(130)의 제어 가능 상태를 파악하여 제어 가능한 부하 위주로 수용가의 최대수요전력을 관리함으로써 수용가에서 소비되는 전력량을 상기 목표 전략량 이하로 제어 및 감시하는 최대전력 관리 장치(100)와, 및 상기 최대전력 관리 장치(100)와 네트워크를 통해 연결되어 송수신되는 전력정보를 바탕으로 전력 사용량을 데이터베이스화하여 미래의 사용량을 예측하고, 미래의 사용량을 토대로 제어 가능한 목표전력량을 설정한 후 이 목표전력량이 최대전력 관리 장치(100)에 적용하도록 전송하는 통신 서버(400)를 비롯해 로더 장치(200), 관리자나 중앙 통제실 등에 설치된 모니터링 장치(300), 수용가의 모니터링 PC(500), 관리자의 스마트폰(600), 및 전력거래소(700)로 이루어지지만 이에 한정되지는 않는다.
먼저, 상기 최대전력 관리 장치(100)는 부하(130)에 연계되어 전력 소비량을 표시하며 전력 수요시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 발생시키는 디지털 적산 전력량계(110)와, 각 부하(130)에 연계된 외부 프로그램에 의해 부하의 접점 상태, 부하의 현재 온도값 및 임계온도값, 부하 제어 간격의 정보를 부하제어 알고리즘에 반영하여 제어 가능한 부하 위주로 프로그램을 변경하여 수요관리 제어를 수행하는 제어장치(120)로 이루어진다.
이때, 상기 제어장치(120)는 상기 디지털적산 전력량계(110)로부터 전력 수요시간 펄스 및 전기 사용량 펄스가 입력되어 디지털 신호로 변환 출력하는 입력부(111)와, 상기 입력부(111)를 통해 전달되는 전력 수요 시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 통해 전력량을 적산하여 최대 목표 전력량과 비교하여 전력 공급을 제어하도록 하는 최대전력 관리 프로세서(112)와, 상기 최대전력 관리 프로세서(112)와 연계되어 부하의 접점 제어시 외부 프로그램을 해독하여 프로그램 로직 제어 기법에 의해 제어하도록 하는 프로그램 가능 로직 제어(PLC) 프로세서(113), 상기 PLC 프로세서(113)에 연결되어 외부 프로그램을 저장하는 메모리(114), 및 상기 PLC 프로세서(113)에 연계된 부하를 동작시키거나 상태를 표시하는 출력부(115)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 로더장치(200)는 외부 매체에서 프로그램 등을 주기억에 올리기 위한 상주 루틴 기능을 수행하는 것으로서, 상기 PLC 프로세서(113)가 부하의 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 딜레이를 프로그램 로직 제어 기법에 따라 구성할 수 있도록 프로그래밍된 외부 프로그램을 메모리(114)에 다운로드 하도록 한다.
한편, 상기 출력부(115)는 디지털 입력(Digital Input, DI)을 통해 차단기 접점의 온/오프 상태 입력, 디지털 출력(Digital Output, DO)을 통해 전자 개폐기, 솔레노이드, 램프 등의 온/오프 동작 지시, 전기로, 공조기, 에어컨 등의 경우에 아날로그/디지털 컨버터(A/D)를 통해 온도센서에 의한 내부 온도 감시, 온도계측, 부하제어 온/오프 사이의 최소 지연 시간과 같은 타이머 정보 입력 기능을 수행한다.
또한, 상기 PLC 프로세서(113)는 PLC(Program Logic Control)기반의 제어기법이 최대수요 전력제어장치(Demand Controller)에 내장되어 있기 때문에 시퀀스 제어와 AND, OR, XOR 게이트를 이용한 로직 제어가 필요한 부하 제어시, 도 4에 도시된 바와 같이 간단한 그래픽화된 PLC 래더 로직 툴에 의해 쉽게 구축이 가능하다.
이때, 상기 PLC 래더 로직(Ladder Logic)은 PLC에 사용되는 계전기 로직 프로그래밍 언어의 하나로서, 각 단계의 명령 코드가 산발적으로 퍼져 동시에 수행된다. 그리고, 래더 로직 프로그래밍은 도 4에 도시된 바와 같이 프로그램이라기보다 흐름도와 같이 사다리 모양으로 펼쳐지며, 각 래더 로직은 좌측과 우측의 수직선을 사용하여 좌측의 조건이 우측의 출력을 이끌어낸다.
한편, 상기 최대전력 관리 장치(100)는 상기 통신 서버(400)를 통해 제어 이벤트나 긴급상황 발생 정보를 수용가의 모니터링 PC(500)와 관리자의 스마트폰(600)으로 문자메시지 서비스를 제공하거나, 부하의 전력제어용 애플리케이션을 이용한 알림 서비스를 제공한다.
그리고, 상기 통신 서버(400)는 한국전력공사의 RTP(Real Time Pricing) 서버 또는 실시간 전력요금 정보를 상시 수신하여 전기요금 변동에 따른 수용가 전력사용량 및 사용요금을 계산하고, 이를 수용가 모니터링 PC(500) 또는 관리자의 스마트폰(600)으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 통신 서버(400)는 관리자 또는 중앙 통제실에 설치된 모니터링 장치(300)와 연계되고, 상기 모니터링 장치(300)는 수용가의 실시간 계측 정보, 통신 운영, 및 상태 경보의 통합 감시를 수행하는 통합 감시 기능, 실제 상황을 반영한 계통도 및 전력 모니터링을 통해 실시간 전력 운영 진단 및 컨설팅을 수행하는 진단 관리 기능, 이용 고객의 기본 정보, 전반적인 관리 업무를 총괄하는 고객 관리 기능, 경보 현황, 접속 통계와 같은 트랜드 분석 챠트를 제공하는 정보 관리 기능을 수행하도록 사용자 인터페이스(UI) 및 화면메뉴를 구성할 수 있다.
이때, 상기 통합 감시 기능을 수행할 경우에, 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수 등의 실시간 계측 정보는 페이저도를 이용하여 실시간 정보 분석을 용이하도록 한다.
그리고, 상기 진단 관리 기능을 수행할 경우에, 지능형 알고리즘을 적용하여 안전 진단, 품질 진단, 에너지 진단 등을 수행한다. 또한, 상기 정보 관리 기능을 수행할 경우에, 5분, 15분, 1시간, 일별, 월별 등 주기적인 시간 단위로 데이터를 분석하고, 보고서 데이터를 작성하여 이를 토대로 전력 운영 정보를 분석한다.
또한, 상기 통신 서버(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 전력거래소(700)의 전력거래 입찰 시스템에 연결 가능하다.
따라서, 상기 통신 서버(400)는 네트워크를 통해 연결된 최대전력 관리 장치(100)의 전력사용정보를 바탕으로 휴일을 포함하지 않는 3일간 동일 시간대의 전력사용량 평균 또는 최고치와 같은 내부적인 전력사용 예측 알고리즘에 의해 향후 사용될 미래 전력량을 예측하고, 상기 미래 전력량을 바탕으로 5%, 10%, 15% 또는 서버 관리자의 임의 입력 값에 의해 제어 가능한 전력을 산출한다.
이러한 정보를 바탕으로 상기 통신 서버(400)가 전력거래소(700)의 전력거래 입찰 시스템에 참여하고자 할 경우에 수용가 모니터링 PC(500) 또는 관리자의 스마트폰(600)에 다운로드된 전력거래 전용 애플리케이션에 제어할 목표제어량, 제어율, 절감전력, 절감비용을 전송하여 참여의사를 질의하고, 참여의사가 확인된 수용가를 바탕으로 전체 제어 가능 전력 값을 산출한다.
이렇게 산출된 전체 제어 가능한 전력 값은 전력거래용 서버로 전송하거나 전력거래 입찰시스템에 참여하여 전력거래소(700)와 발전소가 발전량으로 전력거래를 실행하듯이 수용가에서 제어 가능한 양으로 전력거래를 수행한다.
그 후, 상기 전력거래소(700)와 수용가 간에 전력거래가 계약되면 제어를 승인한 수용가를 바탕으로 사전 확인된 제어 가능한 양%만큼 수용가의 목표전력을 제어하여 부하 제어를 하며, 제어된 전력 양만큼 전력거래소(700)에서 입찰참여로 얻은 수익을 수용가와 사전에 계약된 값에 의해 배분한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템의 동작에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템은, 최대전력 관리 장치(100)는 디지털적산 전력량계(110)로부터 전력수요 시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 입력부(111)를 통해 입력받고, 최대전력 관리 프로세서(112)에서 전력량을 적산하여 목표 전력량과 비교하여 각 부하(130)와의 접점을 제어하도록 한다.
이때, 각 부하(130)에 연계된 로더 장치(200)에 의해 프로그램이 가능한 PLC 프로세서(113)는 부하 특성에 따라 출력부(115)의 DI 및 A/D 값의 입력에 의해 부하의 현재 차단 가능성을 파악하여 제어 가능한 부하 위주로 제어를 수행하도록 한다.
즉, 제어장치(120)는 부하제어 알고리즘에 DI 및 A/D 값을 반영하여 시스템에 악영향을 줄 수 있는 제어를 피하면서 제어대상 부하를 좀 더 확장할 수 있게 한다.
이때, 프로그램 로직 제어 기법에서 제안되는 스마트 제어기법에서 제안되는 제어 팩터는 부하(130)의 접점상태, 부하(130)의 현재 온도값 및 임계온도값, 부하(130)의 제어간격이다.
이러한 PLC 프로세서(113)에 의한 프로그램 로직 제어 기법에 의해 기존의 우선순위 제어에 따라 특정 부하가 항상 꺼져 있게 되는 상황을 피할 수 있고, 전기로 및 공조기와 같이 임계 온도 이하로 떨어지거나 올라가면 안되는 부하에 적용하면 기기에 손상이 가지 않는 제어를 할 수 있으며, 부하접점의 상태를 알 수 있어 가동하는 부하 위주의 제어가 되어 좀더 정밀하고 안정적인 부하 운용이 가능하다.
한편, 상기 최대전력 관리 장치(100)와 네트워크를 통해 연결되는 통신서 버(400)는 상기 최대전력 관리 장치(100)에 인터넷이 연결되면 항상 인터넷 소켓이 접속된 상태로 있게 되며, 최대전력 관리 장치(100)의 특정 제어 이벤트나 피크 전격이 넘어가는 긴급상황 발생 정보가 통신 서버(400)로 실시간 전송되고, 통신 서바(400)의 요청에 따라 최대전력 관리 장치(100)의 전력사용정보 등이 수시로 통신 서버(400)로 전송된다.
따라서, 상기 통신 서버(400)는 제어 이벤트나 긴급상황 발생 정보를 수용가 모니터링 PC(500)와 관리자 스마트폰(600)에 문자 메시지를 전송하거나, 부하의 전력제어용 전용 어플리케이션을 이용하여 알림 서비스를 제공한다.
또한, 상기 통신 서버(400)는 향후 한국전력공사의 RTP(Real Time Pricing) 서버 또는 실시간 전력요금 정보를 상시 수신하여, 전기요금 변동에 따른 수용가 전력사용량 및 사용요금을 계산하고, 이러한 전력사용량 및 사용요금 정보를 수용가 모니터링 PC(500) 또는 관리자 스마트폰(600)으로 전송하여 수용가 및 관리자가 상시 전력정보를 알 수 있도록 한다.
무엇보다도, 상기 통신 서버(400)는 실시간 전기요금 정보를 바탕으로 데이터베이스화된 수용가의 사용전력 데이터에서 미래 전력사용량을 예측하고, 이렇게 예측된 미래 사용전력량에 비추어 5%, 10%, 15%, 수용가 사전 입력 %제어값으로 제어했을 경우에 절감요금 및 설정 가능한 목표 전력값을 제시한다.
이렇게 제시된 정보를 수용가 모니터링 PC(500) 및 관리자의 스마트폰(600)에 주기적으로 전송하고, 수용가 및 관리자가 절감 요금 및 설정 가능한 목표전력값 정보를 바탕으로 최대전력 관리 장치(100)의 목표 전력량을 재설정하도록 한다.
따라서, 상기 통신 서버(400)는 목표전력량을 최대전력 관리 장치(100)에 전송하고, 상기 최대전력 관리 장치(100)는 전송받은 목표전력량을 바로 적용하여 최적화된 제어기법에 따라 수용가의 부하를 제어하여 목표전력량 이하로 부하를 사용하도록 한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 부하별로 부하제어 특성을 체크하여 부하 특성에 따라 제어 시퀀스 및 딜레이를 프로그램 로직 제어 기법에 따라 부하를 좀더 효율적으로 차등 제어함으로써 좀더 정밀하고 안정적인 부하 운용이 가능하고, 다양한 부하제어 및 최대전력 관리에 적용할 수 있는 프로 그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템에 관한 것이다.
100 : 최대전력 관리장치 110 : 디지털적산 전력량계
120 : 제어장치 121 : 입력부
122 : 최대전력 관리 프로세서 123 : PLC 프로세서
124 : 메모리 125 : 출력부
130 : 부하 200 : 로더장치
300 : 모니터링 장치 400 : 통신 서버
500 : 수용가 모니터링 PC 600 : 스마트폰
700 : 전력거래소

Claims (10)

  1. 디지털적산 전력량계로부터 신호를 입력받아 총 수요전력량과 기설정된 목표 전력량을 비교하여 각 부하와의 접점 제어시, 각 부하에 연계된 외부 프로그램에 의해 부하의 제어 가능 상태를 파악하여 제어 가능한 부하 위주로 수용가의 최대수요전력을 관리함으로써 수용가에서 소비되는 전력량을 상기 목표 전력량 이하로 제어 및 감시하는 최대전력 관리장치; 및
    상기 최대전력 관리장치와 네트워크를 통해 연결되어 송수신되는 전력정보를 바탕으로 전력 사용량을 데이터베이스화하여 미래의 사용량을 예측하고, 미래의 사용량을 토대로 제어 가능한 목표전력량을 설정하여 최대전력 관리장치에 적용하도록 전송하는 통신 서버로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최대전력 관리장치는,
    부하에 연계되어 전력 소비량을 표시하며 전력 수요시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 발생시키는 디지털 적산 전력량계, 및
    각 부하에 연계된 외부 프로그램에 의해 부하의 접점 상태, 부하의 현재 온도값 및 임계온도값, 부하 제어 간격의 정보를 부하제어 알고리즘에 반영하여 제어 가능한 부하 위주로 프로그램을 변경하여 수요관리 제어를 수행하는 제어장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어장치는,
    상기 디지털적산 전력량계로부터 전력 수요시간 펄스 및 전기 사용량 펄스가 입력되어 디지털 신호로 변환 출력하는 입력부와,
    상기 입력부를 통해 전달되는 전력 수요 시간 펄스 및 전기 사용량 펄스를 통해 전력량을 적산하여 최대 목표 전력량과 비교하여 전력 공급을 제어하도록 하는 최대전력 관리 프로세서와,
    상기 최대전력 관리 프로세서와 연계되어 부하의 접점 제어시 외부 프로그램을 해독하여 프로그램 로직제어 기법에 의해 제어하도록 하는 프로그램 가능 로직 제어(PLC) 프로세서, 및
    상기 PLC 프로세서에 연계된 부하를 동작시키거나 상태를 표시하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PLC 프로세서는 부하의 특성에 맞게 제어 시퀀스 및 딜레이를 구성할 수 있도록 프로그래밍된 외부 프로그램을 메모리에 다운로드할 수 있는 로더장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 출력부는 디지털 입력(Digital Input, DI)을 통해 부하 접점의 온/오프 상태 입력, 디지털 출력(Digital Output, DO)을 통해 접점의 온/오프 동작 지시, 아날로그/디지털 컨버터를 통해 온도계측 및 감시, 부하제어 온/오프 사이의 최소 지연 시간과 같은 타이머 정보 입력 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 PLC 프로세서는 시퀀스 제어, AND, OR, XOR 게이트를 이용한 로직 제어가 필요한 부하 제어시 PLC 래더 로직 툴(Ladder logic tool)을 사용하는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 최대전력 관리장치는 상기 통신 서버를 통해 제어 이벤트나 긴급상황 발생 정보를 수용가의 모니터링 PC와 관리자의 통신 단말기로 문자메시지 서비스를 제공하거나, 부하의 전력제어용 어플리케이션을 이용한 알림 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통신 서버는 RTP(Real Time Pricing) 서버 또는 실시간 전력요금 정보를 상시 수신하여 전기요금 변동에 따른 수용가 전력사용량 및 사용요금을 계산하고, 이를 수용가 모니터링 PC 또는 관리자의 통신 단말기로 전송하는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 통신 서버는 전력거래소의 전력거래 입찰 시스템에 연결 가능하고, 상기 통신 서버는 수용가 모니터링 PC 또는 관리자의 통신 단말기로 목표 제어량, 제어율, 절감전력, 절감비용에 대한 입찰 정보를 전송하여 참여의사를 질의하고, 참여의사가 확인된 수용가를 바탕으로 전체 제어 가능한 전력을 산출하여 전력거래를 실행하도록 하는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통신 서버는 관리자 또는 중앙 통제실에 설치된 모니터링 장치와 연계되고,
    상기 모니터링 장치는 수용가의 실시간 전력계측 정보, 통신 운영, 및 상태 경보의 통합 감시를 수행하는 통합 감시 기능, 실시간 전력 운영 진단 및 컨설팅을 수행하는 진단 관리 기능, 이용 고객의 기본 정보, 전반적인 관리 업무를 총괄하는 고객 관리 기능, 경보 현황, 접속 통계와 같은 트랜드 분석 챠트를 제공하는 정보 관리 기능을 수행하도록 사용자 인터페이스 및 화면메뉴를 구성하는 것을 특징으로 하는 프로그램 로직 기반의 스마트 최대전력 관리 시스템.
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