KR20150081804A - 실시간 다중통신용 스마트 분전반 제어기 - Google Patents

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KR20150081804A
KR20150081804A KR1020140001662A KR20140001662A KR20150081804A KR 20150081804 A KR20150081804 A KR 20150081804A KR 1020140001662 A KR1020140001662 A KR 1020140001662A KR 20140001662 A KR20140001662 A KR 20140001662A KR 20150081804 A KR20150081804 A KR 20150081804A
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    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
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Abstract

본 발명은 실시간 다중통신용 스마트 분전반 제어기에 관한 것이다. 본 발명은 제어기 내/외부에 AC 혹은 DC 전원에 관계없이 전류, 전압, 누전, 전력, 전력량, 고조파, 과전류, 과전압, 누전값들을 검출할 수 있는 센서 및 측정회로를 구비하고 제어기 내부에서 특별히 고안된 알고리즘 및 장치를 통해 제어기 내부의 측정정보를 네트워크 메시지로 만들어서 측정정보를 실시간으로 전송함으로써 상기의 통신 모듈들이 네트워크 메세지로부터 필요한 메시지 정보를 획득하여 외부로 전송하는 방법을 고안하였다. 또한 반대로 외부로부터 받은 정보를 통신 모듈을 통해 제어기 내부의 요청 네트워크 메시지로 만들어져 전송됨으로써 필요한 정보를 얻거나 시스템을 제어할 수 있도록 구성되어 있으며, 외부의 정보 송수신을 통신방식에 관계없이 단일화된 통신 프로토콜로서 시스템을 운영할 수 있도록 고안된 시스템이다.

Description

실시간 다중통신용 스마트 분전반 제어기{SMART PANNEL BOARD CONTROLLER FOR REALTIME MULTI-COMMUNICATION}
본 발명은 다중 통신 및 다중제어가 가능하도록 구성된 스마트 분전반 제어기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 제어기 내부에서 AC 혹은 DC 전원에 관계없이 전류, 전압, 누전, 전력, 전력량, 고조파, 과전류, 과전압, 누전값들을 통합 검출하여 실시간으로 이더넷, CDMA, RS485, WiFi, Bluetooth, PLC(Power Line Communication), Zigbee 통신 모듈들을 이용하여 로컬서버, 스마트폰, 원거리 서버, 개인용 단말기에 실시간으로 다중으로 전송할 수 있도록 구성된 스마트 분전반 제어기에 관한 것이다.
분전반은 인가되는 상용전원을 적절하게 분배하여 각 분기에 AC 또는 DC 전원을 공급하며, 각 분기에 설치된 센서를 이용하여 각 분기의 전력정보를 검출하고, 이상상황 발생시 분기를 통한 전원공급을 제어하는 기능을 수행한다. 이러한 분전반으로서 가로등용 분전반, 보안등용 분전반, CCTV용 분전반, 일반 가정용 분전반, 상가용 분전반 등이 있다.
한편, IT 기술의 발달로 인하여, 전술한 바와 같은 분전반의 기능이 점점 다양해 지고 있으며, 분전반에서 소비되는 전력정보를 모니터링하여 네트워크를 통해 외부장치(단말 및/또는 서버)로 전송하는 기능을 이용하여 전력소비를 최적화할 수 있는 스마트 분전반의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 종래기술에 따른 스마트 분전반의 경우 고정된 통신 모듈들을 사용함으로써 사용환경에 따라 다른 통신 모듈로 추가 및 대체하는데 비용과 제한이 발생한다. 즉, 종래기술에 따른 스마트 분전반의 경우 제조시 내장된 통신 모듈만을 사용할 수 있으므로, 내장된 통신 모듈이 채택한 방식에 따라서만 데이터 통신을 수행할 수 있고, 그 결과 다른 통신방식을 이용하고자 하는 경우 내장된 통신 모듈을 교체해야만 한다는 문제점이 있었다. 또한, 종래기술에 따른 스마트 분전반의 경우, 주제어 모듈의 제어에 따라 통신 모듈을 통한 외부와의 데이터 통신이 수행되어, 여러 개의 통신 모듈들을 등록 및 추가하는데 주 제어모듈의 성능과 메모리의 한계로 인해 개수의 제한이 발생하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 현재에 스마트 분전반은 다양한 센서모듈과 다양한 통신 모듈의 다중제어 통합 제어가 되도록 요구되고 있으나, 종래기술에 따른 스마트 분전반들은 실시간으로 다중통신 및 다중으로 제어할 수 있도록 고안된 알고리즘과 제품이 없다는 문제점이 있다. 또한, 분전반의 특성상 전원을 차단할 수 없는 환경이 존재하는데 스마트 분전반 제어기가 동작을 하고 있는 상태에서 특정 역할을 담당하는 장치/측정 모듈 및 통신 모듈을 추가, 삭제, 교체하거나 플러그-인-플레이(Plug-in-play)를 수행할 수 있는 스마트 분전반이 없다는 문제점이 있다.
한편, 종래기술에 따른 분전반 제어기의 경우 분전반을 통해 분기되는 분기의 수가 고정되거나 또는 확장 가능한 최대 분기의 수가 고정되어 있다. 이에 따라 종래기술에 따른 분전반의 경우 분기의 확장에 제한이 있다는 문제점이 있었다. 따라서, 분기의 수가 고정되어 있거나 또는 분기가 가능한 최대 분기 수가 고정되어 있는 종래기술에 따른 분전반 제어기의 경우, 고정된 수 이상의 분기로 확장하고자 하거나 또는 고정된 최대 분기의 수 이상의 분기로 확장하고자 하는 경우, 기존의 분전반 이외에 추가적인 분전반을 설치하였으나, 이러한 경우 기존의 분전반과 새로 추가되는 분전반이 통합되어 모니터링/제어될 수 없다는 문제점이 있었다.
다른 한편으로, 종래기술에 따른 분전반 제어기의 경우 과부하 경고 알고리즘의 경우 구동시간의 경과에 따른 누적 전류량을 실제 과부하 산출시 반영하지 못하여 정확한 과부하 경고를 제공하지 못한다는 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 따른 분전반 제어기의 경우 일반적인 사용 전력량만을 제공할 수 있을 뿐, 실제 사용 전력량에 기초하여 과금되는 전기요금에 대한 정확한 정보를 제공하지 못한다는 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 따른 분전반 제어기의 경우 전력품질정보(고조파 분석정보)를 제공함에 있어 과도한 데이터 용량에 따른 통신 과부하가 발생된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 위에서 언급한 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 사용 환경에 따라 통신방식에 제한을 받지 않고 통신 모듈들을 제어기에서 자동 인식하여 통신방식에 제한 없이 정보를 다중통신으로 쉽게 정보를 송수신할 수 있는 스마트 분전반 제어기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 목적은 특정한 통신방식에 제한받지 않고 다중으로 통신할 수 있도록 스마트 분전반 제어기에서 제공되는 정보를 로컬서버, 원거리 서버, 단말기 등에 실시간으로 동시에 정보를 송수신할 수 있는 USN 및 IT융합 서비스를 제공할 수 있는 스마트 분전반 제어기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 목적은 가로등용 분전반, 보안등용 분전반, CCTV용 분전반, 일반 가정용 분전반, 상가용 분전반 등 현재의 모든 스마트 분전반에 적용할 수 있도록 다중통신 및 다중 제어가 가능한 스마트 분전반 제어기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 목적은, 분기를 용이하게 확장할 수 있고, 확장되는 분기의 수가 설정된 최대 분기 수를 초과하는 경우, 다수의 스마트 분전반 제어기들 사이에 메인 내부 네트워크를 구성하고, 각 스마트 분전반 제어기 내부에서 서브 내부 네트워크를 구성함으로써, 다수의 스마트 분전반 제어기들이 하나의 통합된 시스템으로서 모니터링 및 제어될 수 있는 스마트 분전반을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 목적은, 구동시간의 경과에 따른 누적 전류량을 실제 과부하 산출시 반영하여 정확한 과부하 경고를 제공할 수 있는 스마트 분전반 제어기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 목적은, 실제 사용 전력량에 기초하여 과금되는 전기요금에 대한 정확한 정보를 제공하고, 목표 전력량 및/또는 목표 전기요금을 설정하여 효율적으로 전력절감을 할 수 있는 스마트 분전반 제어기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 목적은, 전력품질정보(고조파 분석정보)를 제공함에 있어 고조파 분석정보 중 특징적인 정보만을 추출하여 전송함으로써, 통신 과부하를 방지하고, 실시간 고조파 분석정보를 제공할 수 있는 스마트 분전반 제어기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 주 차단기 및 하나 이상의 분기 차단기를 포함하는 스마트 분전반을 모니터링 및 제어하는 스마트 분전반 제어기에 있어서,
상기 스마트 분전반 제어기에 포함되는 측정 모듈, 통신 모듈 사이에 내부 네트워크를 구성 및 관리하고, 상기 내부 네트워크의 구성 및 관리에 필요한 정보를 상기 내부 네트워크를 통해 주기적으로 전송하여 데이터 통신을 수행할 수 있도록 하는 주제어 모듈;
상기 주제어 모듈에 연결되며, 측정 모듈 또는 통신 모듈이 설치되는 하나 이상의 슬롯을 구비하며, 상기 슬롯에 설치되는 측정 모듈 또는 통신 모듈은 모듈 등록 및 통신 매개변수를 통해 상기 주제어 모듈에 연결되는 인터페이스 모듈;
상기 인터페이스 모듈의 상기 슬롯에 설치되어 상기 주제어 모듈에 의해 상기 내부 네트워크에 포함되고, 상기 주 차단기 또는 상기 분기 차단기에 설치된 센서의 동작을 제어하며, 상기 센서로부터 출력되는 측정정보를 입력받고, 입력된 측정정보를 상기 내부 네트워크를 이용하여 미리 규정된 측정 모듈에 따른 통신 매개변수를 통해 전송하는 측정 모듈; 및
상기 인터페이스 모듈의 상기 슬롯에 설치되어 상기 주제어 모듈에 의해 상기 내부 네트워크에 포함되고, 상기 내부 네트워크를 통해 전송되는 측정정보들 중 미리 설정된 측정정보를 수신하며, 수신된 측정정보를 상기 내부 네트워크와 독립적인 외부 네트워크를 통해 전송하고, 상기 외부 네트워크로부터 전송되는 제어명령을 수신하여 상기 내부 네트워크를 통해 전송하는 통신 모듈을 포함하되,
상기 주제어 모듈은 미리 규정된 통신 모듈이 새롭게 연결되는 경우, 연결된 통신 모듈을 자동으로 인식하고 상기 내부 네트워크에 등록함으로써, 상기 새롭게 연결된 통신 모듈이 미리 규정된 통신 모듈에 따른 통신 매개변수를 이용해 상기 내부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기가 제안된다.
바람직하게, 주제어 모듈은 미리 규정된 통신 모듈에 대한 장치정보 및 상기 미리 규정된 통신 모듈에 따른 통신 매개변수를 저장하고 있으며, 미리 규정된 통신 모듈이 새롭게 연결되는 경우, 상기 새롭게 연결된 통신 모듈의 장치정보에 기초하여 상기 새롭게 연결된 통신 모듈을 자동으로 인식하고, 상기 새롭게 연결된 통신 모듈의 통신 매개변수를 상기 내부 네트워크에 등록함으로써 상기 새롭게 연결된 통신 모듈이 상기 통신 매개변수를 이용하여 상기 내부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 미리 규정된 통신 모듈에 대한 장치정보 및 상기 미리 규정된 통신 모듈에 따른 통신 매개변수는 사용자의 조작에 따라 변경, 추가 및 삭제될 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 주제어 모듈은 상기 미리 규정된 통신 모듈에 대해 상기 인터페이스 모듈을 통한 상기 통신 모듈의 플러그-인-플레이(plug-in-play)를 지원하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 통신 모듈은 상기 주제어 모듈과 무관하게 상기 내부 네트워크를 통해 상기 측정정보를 수신하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 스마트 분전반 제어기는 복수의 통신 모듈을 포함하며,
상기 복수의 통신 모듈은 각기 상이한 외부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 측정 모듈로부터 상기 내부 네트워크를 통해 전송되는 측정정보는 상기 내부 네트워크에 포함된 복수의 통신 모듈들에 의해 동시에 수신되어 복수의 외부 네트워크를 통해 동시에 다중으로 전송될 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 측정정보 각각에 고정 식별정보가 부여되며, 상기 내부 네트워크에 포함된 복수의 장치 및 통신 모듈은 상기 측정정보를 공유하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 통신 모듈은,
상기 인터페이스 모듈의 상기 슬롯에 결합되는 소켓;
통신 모듈의 장치정보를 설정하기 위한 딥(DIP) 스위치;
상기 내부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행하기 위한 내부 통신부;
상기 외부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행하기 위한 외부 통신부; 및
상기 통신 모듈의 동작을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 통신 모듈의 장치정보는 상기 외부 통신부의 통신방식에 관한 정보를 포함하며,
상기 주제어 모듈은 상기 통신 모듈의 장치정보에 포함된 상기 외부 통신부의 통신방식에 관한 정보에 기초하여 새롭게 연결되는 통신 모듈을 인식하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 측정정보는 전류, 전압, 누전, 전력, 전력량, 고조파, 과전류, 과전압, 누전값, THD(Total Harmonic Distortion), 화재, 온도, 습도, 연기, CO2, CO, 오염도 중 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 내부 네트워크는 멀티 마스터 기능이 지원되는 CAN 통신방식 또는 RS485 통신방식을 사용하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 외부 네트워크는 이더넷 통신방식, CDMA 통신방식, RS485 통신방식, WiFi 통신방식, Bluetooth 통신방식, PLC(Power Line Communication) 통신방식, Zigbee 통신방식 중 어느 하나의 통신방식 또는 다중 통신방식을 사용하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 사용 환경에 따라 통신방식에 제한을 받지 않고 통신 모듈들을 제어기에서 자동 인식하여 통신방식에 제한 없이 정보를 다중통신으로 쉽게 정보를 송수신할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 플러그-인-플레이 기능을 이용하여 별도의 조작없이 용이하게 통신 모듈을 추가로 설치/운용할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 스마트 분전반 제어기에서 제공되는 정보를 로컬서버, 원거리 서버, 단말기 등에 실시간으로 동시에 정보를 송수신할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 분기를 용이하게 확장할 수 있고, 확장되는 분기의 수가 설정된 최대 분기 수를 초과하는 경우, 다수의 스마트 분전반 제어기들 사이에 메인 내부 네트워크를 구성하고, 각 스마트 분전반 제어기 내부에서 서브 내부 네트워크를 구성함으로써, 다수의 스마트 분전반 제어기들이 하나의 통합된 시스템으로서 모니터링 및 제어될 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 구동시간의 경과에 따른 누적 전류량을 실제 과부하 산출시 반영하여 정확한 과부하 경고가 제공될 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 실제 사용 전력량에 기초하여 과금되는 전기요금에 대한 정확한 정보를 제공하고, 목표 전력량 및/또는 목표 전기요금을 설정하여 효율적으로 전력절감을 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전력품질정보(고조파 분석정보)를 제공함에 있어 고조파 분석정보 중 특징적인 정보만을 추출하여 전송함으로써, 통신 과부하를 방지하고, 실시간 고조파 분석정보를 제공할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반의 개략적인 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기의 개략적인 구성 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기의 예시적인 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 스마트 분전반 제어기들 사이의 메인 내부 네트워크 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 모듈을 포함하는 스마트 분전반 제어기의 구성 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 모듈의 구성 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정/장치 모듈의 구성 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반의 부하 경고 서비스 제공 개념을 설명하기 위한 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기 상에서 제공되는 전력절감 설정메뉴 인터페이스 화면과 외부장치(서버/단말기/스마트폰)에 제공되는 월간 전력현황 표시화면의 예를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기 상에서 제공되는 전력품질정보 전송을 설명하기 위한 예시도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 발명의 실시예에 있어, 용어 "측정정보"란 주 차단기, 교류 분기 차단기, 직류 분기 차단기에 구비된 센서(전류센서, 전압센서, 누전센서 중 적어도 하나 이상)로부터 출력되는 센싱정보 및 센싱정보를 이용해 검출될 수 있는 전류, 전압, 누전, 전력, 전력량, 고조파, 과전류, 과전압, 누전값, THD(Total Harmonic Distortion), 화재, 온도, 습도, 연기, CO2, CO, 오염도 중 적어도 하나 이상을 포함하고 있는 정보를 의미한다. 즉, 본 발명의 실시예에 있어, "측정정보"란 센서가 검출한 센싱정보 그 자체일 수도 있으며, 또는 검출한 센싱정보에 기초하여 연산/검출될 수 있는 전기관련 정보(후술하는 "전기안전 정보", "전력분석 정보")를 모두 포괄하는 개념이다.
본 발명의 실시예에서, 용어 "전기안전 정보"란 주 차단기, 교류 분기 차단기, 직류 분기 차단기에 구비된 센서(전류센서, 전압센서, 누전센서 중 적어도 하나 이상)로부터 출력되는 센서정보를 이용해 검출될 수 있는 과전류 정보, 누전 정보, 아크 발생 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함하고 있는 정보를 의미한다.
또한, 용어 "전력분석 정보"란 주 차단기, 교류 분기 차단기, 직류 분기 차단기에 구비된 센서(전류센서, 전압센서, 누전센서 중 적어도 하나 이상)로부터 출력되는 센서정보를 이용해 검출될 수 있는 전압 정보, 전류 정보, 전력 정보, 전력량 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함하고 있는 정보를 의미한다.
스마트 분전반의 구성 및 기능
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반의 개략적인 구성 블록도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 스마트 분전반에 대하여 개괄적으로 살펴보도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 분전반(10)은 주 차단기(20), 교류 분기 차단기(22), 직류 분기 차단기(26) 및 스마트 분전반 제어기(100)를 포함할 수 있다.
주 차단기(20)는 외부 상용 라인을 통해 교류 전원을 인가받고, 인가된 교류 전원을 연결된 교류 분기 차단기(22)에 공급하거나 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다. 교류 분기 차단기(22)는 주 차단기(20)의 출력단에 전기적으로 접속되어 있으며, 주 차단기(20)로부터 인가되는 교류 전원을 연결된 교류 전원 기기(30) 및 스마트 분전반 제어기(100)에 공급하거나 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다. 도 1에는 주 차단기(20)의 출력단에 3개의 교류 분기 차단기(22)가 연결된 실시예가 도시되어 있으나, 연결되는 교류 분기 차단기(22)의 수는 환경과 필요에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 주 차단기와 교류 분기 차단기에는 본 발명에 따른 전력분석 정보 및 전기안전 정보의 검출을 위한 전압센서, 전류센서, 누전센서(24)가 구비될 수 있다. 이러한 센서들(24)은 스마트 분전반 제어기(100)에 데이터 라인으로 연결되어 있으며, 측정정보(전압 값, 전류 값, 누설전류 값 등)을 데이터 라인을 통해 스마트 분전반 제어기(100)로 출력하게 된다.
주 차단기(20)에 구비된 센서들(24)로부터 입력되는 측정정보는 스마트 분전반 제어기(100)에서 시스템의 전체의 전력분석 정보(전체 전류, 전체 전압, 전체 전력, 전체 전력량)을 검출하기 위한 정보로서 이용되고, 동시에 스마트 분전반 제어기에서 전기안전에 필요한 전기안전 정보(과전류, 누설전류, 아크)를 검출하기 위한 정보로서 이용된다.
유사하게, 교류 분기 차단기(22)에 구비된 센서들(24)로부터 입력되는 측정정보는 스마트 분전반 제어기(100)에서 분기별 전력분석 정보(분기별 전류, 분기별 전압, 분기별 전력, 분기별 전력량)을 검출하기 위한 정보로서 이용되고, 동시에 스마트 분전반 제어기(100)에서 전기안전에 필요한 분기별 전기안전 정보(분기별 과전류, 분기별 누설전류, 분기별 아크)를 검출하기 위한 정보로서 이용된다.
한편, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 다수의 교류 분기 차단기(22) 중 하나에 연결되어 교류 전원을 인가받고, 인가된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 연결된 직류 전원 기기에 공급 또는 차단하는 기능을 수행하게 되며, 주 차단기(20), 교류 분기 차단기(22)에 구비된 센서들(24)로부터 측정정보를 입력받아 시스템 전체와 교류 분기 차단기(22)에 연결된 교류 전원 기기들의 전력분석 정보와 전기안정 정보를 검출하는 기능을 수행하도록 구성될 수도 있다. 그러나, 전술한 바와 같은 직류의 공급 및 분기 기능이 스마트 분전반 제어기(100)에 필수적으로 포함되는 기능은 아니며, 발명을 구성하기에 따라 선택적으로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 교류 분기 차단기(22)의 출력단에 연결되어 교류 분기 차단기(22)로부터 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 직류 분기 차단기(26)로 출력하게 된다.
한편, 직류 분기 차단기(26)는 스마트 분전반 제어기(100)로부터 직류 전원을 인가받고, 연결된 직류 전원 기기(32)에 직류 전원을 공급 또는 차단하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 직류 분기별로 분기별 전류, 분기별 전압, 분기별 누전을 검출할 수 있는 센서부(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있다. 센서부는 전술한 주 차단기(20) 및 교류 분기 차단기(22)에 구비된 센서들(24)과 유사하게 직류 분기별 측정정보(직류 분기별 전압 값, 직류 분기별 전류 값, 직류 분기별 누설전류 값)를 검출하여 출력하고, 스마트 분전반 제어기(100)는 센서부로부터 입력된 측정정보를 이용하여 전력분석 정보(직류 분기별 전류, 직류 분기별 전압, 직류 분기별 전력, 직류 분기별 전력량)를 검출하게 되며, 또한 전기안전에 필요한 전기안전 정보(직류 분기별 과전류, 직류 분기별 누설전류, 직류 분기별 아크)를 검출하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 전술한 바와 같은 주 차단기(20), 교류 분기 차단기(22)에 구비된 센서들(24)과 스마트 분전반 제어기(100) 내에 구비된 센서부로부터 입력되는 측정정보를 이용하여 전체 시스템, 교류 분기별, 직류 분기별 전력분석 정보를 검출하는 기능을 수행하게 된다. 전술한 바와 같은 방식으로 검출되는 다양한 측정정보(전기안전 정보 및 전력분석 정보 등)은 외부 네트워크를 통해 외부의 서버, 단말, 스마트 폰 등의 외부 장치로 전송될 수 있다.
스마트 분전반 제어기의 구성과 기능
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기의 개략적인 구성 블록도이다. 이하에서, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)의 상세한 구성과 기능에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 주제어 모듈(101), 하나 이상의 측정 모듈(103a~103n), 표시 모듈(109), 하나 이상의 통신 모듈(106a~106n) 및 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 스마트 분전반 제어기(100)의 구성 각부를 제어하여 스마트 분전반(10)의 전반적인 기능을 제어하도록 구성된다. 주제어 모듈(101)은 크게 2가지 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 먼저, 본 발명에 따른 주제어 모듈(101)의 첫번째 기능은 스마트 분전반(10)의 기본적인 기능으로서, 즉, 전술한 바와 같이 주제어 모듈(101)은 스마트 분전반(10)에 포함되는 주 차단기(20), 분기 차단기(22 및/또는 26)에 구비된 센서(102a~102n)로부터 검출된 측정정보(전류 값, 전압 값, 누설 전류 값 등의 센싱정보)를 획득하여, 분기별 및 스마트 분전반 전체의 전기안전정보, 전력정보 등을 산출하여 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 출력하는 기능을 수행하도록 구성된다. 주제어 모듈(101)이 센서로부터 검출된 측정정보에 기초하여 전기안전정보 및 전력정보를 검출하는 기술 자체는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 하며, 전기안전정보 및 전력정보를 검출함에 있어 종래기술에 비하여 특징적인 주제어 모듈(101)의 구성 및 기능에 대해서는 도 8 내지 도 10을 참조하여 후술하도록 한다.
또한, 두번째 기능으로서, 본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 스마트 분전반의 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 생성/유지/관리하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이러한 기능을 수행하기 위하여, 본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성하고, 스마트 분전반 제어기(100)의 내부 구성 모듈들(측정 모듈(103a~103n), 통신 모듈(106a~106n), 기능장치/센서 모듈(110), 표시 모듈(109) 등)이 각각에 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 데이터 통신을 수행할 수 있도록 각 모듈별로 각기 고유한 식별정보(내부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행하기 위한 통신 매개변수를 포함함)를 부여하고, 각 모듈별로 부여된 고유 식별정보를 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록함으로써, 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성한다. 또한, 주제어 모듈(101)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 새로운 측정 모듈(103), 통신 모듈(106) 등의 모듈이 연결되는 경우 이를 자동으로 식별/인식하고, 새롭게 연결된 모듈의 장치정보에 기초하여 고유 식별정보를 부여함으로써 새롭게 연결된 모듈을 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록한다. 또한, 주제어 모듈(101)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록된 기존의 측정 모듈(103), 통신 모듈(106) 등의 모듈이 제거되는 경우, 이를 자동으로 검출하고, 제거된 모듈을 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 삭제한다. 즉, 본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성하는 각 모듈들에 대한 플러그-인-플레이(plug-in-play) 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 전술한 바와 같은 내부 네트워크(104 및/또는 105)의 구성 및 관리에 필요한 정보를 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 연결된 각 모듈들에 전달하는 기능을 수행하게 된다. 예를 들어, 새로운 모듈이 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 추가되는 경우 주제어 모듈(101)은 추가된 모듈에 부여되는 고유 식별정보 및/또는 장치정보를 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 연결된 다른 모듈들에 전달하며, 기존의 모듈이 내부 네트워크(104 및/또는 105)에서 제거되는 경우 삭제된 모듈의 고유 식별 정보 및/또는 장치정보를 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 연결된 다른 모듈들에 전달함으로써, 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성하고 있는 각각의 모듈들이 새롭게 추가되는 모듈과 제거되는 모듈을 인식할 수 있도록 한다. 전술한 바와 같은 주제어 모듈(101)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)의 구성 및 관리에 필요한 정보를 실시간 또는 주기적으로 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성하는 모듈들(측정 모듈(103a~103n), 통신 모듈(106a~106n) 등)으로 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 전술한 바와 같은 플러그-인-플레이 기능을 수행하기 위하여, 미리 규정된 모듈들(통신 모듈(106) 및 측정 모듈(103)) 각각에 대한 장치정보(통신 모듈(106)의 경우 외부 네트워크(120)와 데이터 통신을 수행하기 위한 통신방식에 관한 정보를 포함함, 측정 모듈(103)의 경우 측정 모듈(103)의 기능에 관한 정보를 포함함) 및 해당 모듈에 따른 통신 매개변수를 저장하게 된다. 따라서, 새로운 통신 모듈(106) 또는 측정 모듈(103)이 연결되는 경우, 주제어 모듈(101)은 연결된 통신 모듈(106) 또는 측정 모듈(103)이 미리 규정된 모듈인 경우, 새롭게 연결된 통신 모듈(106) 또는 측정 모듈(103)의 장치정보와 저장된 모듈별 장치정보를 비교하여 새롭게 연결된 통신 모듈(106) 또는 측정 모듈(103)을 자동으로 식별/인식하고, 인식된 모듈에 할당된 통신 매개변수를 포함하는 고유 식별정보를 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록함으로써, 플러그-인-플레이 기능을 수행할 수 있도록 구성된다. 이때, '미리 규정된 모듈'이라 함은, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100) 내에 설치될 수 있는 통신 모듈(106) 또는 측정 모듈(103)로서, 제조시 또는 관리자 또는 사용자에 의해 그 장치정보 및 통신 매개변수가 주제어 모듈(101)에 저장되어 있는 모듈을 의미한다. 따라서, 미리 규정된 모듈이 아닌 측정 모듈(103) 또는 통신 모듈(106)을 새롭게 스마트 분전반 제어기(100)에 추가하고자 하는 경우, 새롭게 추가하고자 하는 측정 모듈(103) 또는 통신 모듈(106)의 장치정보 및 통신 매개변수를 주제어 모듈(101)에 새로 추가하여 저장한 후, 새롭게 추가하고자 하는 측정 모듈(103) 또는 통신 모듈(106)을 스마트 분전반 제어기(100)에 추가함으로써 본 발명에 따른 플러그-인-플레이 기능이 지원될 수 있다. 또한, 주제어 모듈(101)에 기저장된 미리 규정된 모듈의 장치정보 및 통신 매개변수에 대하여 사용자 및/또는 관리자의 조작에 따라 변경(갱신) 및 삭제도 가능하다.
주제어 모듈(101)에 의해 구성/유지/관리되는 내부 네트워크(104 및/또는 105)는 다양한 통신 프로토콜에 따라 구성될 수 있으며, 복수의 내부 네트워크(104 및/또는 105)로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 내부 네트워크(104 및/또는 105)는 CAN 통신 프로토콜 및/또는 RS485 통신 프로토콜을 지원하도록 구성될 수 있다. 물론, 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 지원하는 통신 프로토콜이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 공지된 다양한 통신 프로토콜 중 하나 이상이 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 위하여 채택될 수 있다. 또한, 보다 바람직하게, 본 발명에 따른 내부 네트워크(104 및/또는 105)는 복수의 스마트 분전반 제어기를 이용하여 스마트 분전반 제어기(100)의 확장 기능을 제공하기 위하여, 멀티 마스터 기능을 지원할 수 있는 CAN 통신 프로토콜 및/또는 RS485 통신 프로토콜을 이용하도록 구성될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 주제어 모듈(101)에 직접 연결된(즉, 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통하지 않고 연결된) 표시 모듈(109)을 더 포함할 수 있다. 표시 모듈(109)은 주제어 모듈(101)로부터 출력되는 각종 디스플레이 정보를 표시부(미도시)를 통해 디스플레이하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 표시부는 LCD, LED 등의 공지된 디스플레이 수단을 이용하여 구현될 수 있으며, 사용자의 조작을 입력받을 수 있는 터치 패널 등의 입력 수단을 구비한 디스플레이 수단을 이용하여 구현되는 경우, 입력 수단을 통해 입력되는 사용자의 제어명령을 주제어 모듈(101)로 출력하는 기능을 함께 수행하게 된다. 도 1에서 표시 모듈(109)이 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통하지 않고 주제어 모듈(101)에 직접 연결된 실시예가 도시되어 있으나, 본 발명에 따른 표시 모듈(109)이 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통한 데이터 송수신 수단을 구비하여, 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 네트워크 장치로서 포함되도록 구성될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
센서들(102a~102n)은 각기 전술한 바와 같이 스마트 분전반(10) 내의 주 차단기(20), 분기 차단기(22 및/또는 26)에 구비되어 분기별 전압 값, 분기별 전류 값, 분기별 누설전류 값 등을 검출하여 측정 모듈(103a~103n)로 출력하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이러한 센서(102)는 필요에 따라 전기관련 정보를 검출할 수 있는 공지된 다양한 센서들 중 하나 이상이 채택되어 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 측정 모듈(103)은 주제어 모듈(101)에 의해 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 포함되며, 센서(102)를 이용해 검출되는 정보를 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 주제어 모듈(101) 및/또는 통신 모듈(106)로 제공하는 기능을 수행하게 된다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 측정 모듈(103)은 연결된 하나 이상의 센서(102)의 동작을 제어하며, 연결된 하나 이상의 센서(102)로부터 출력되는 센싱정보를 입력받고, 센싱정보에 기초하여 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 측정정보(센싱정보 및/또는 센싱정보에 기초해 검출된 2차 측정정보)를 전송하며, 또한 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전송되는 제어명령을 수신하여 제어명령에 따른 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 측정 모듈(103)은 센싱정보 자체를 측정정보로서 전송할 수도 있으며, 또는 센싱정보에 기초하여 산출/검출된 정보를 측정정보로서 전송하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 실시예를 구성하기에 따라, 센싱정보에 기초하여 산출되는 전기안전정보, 전력정보의 전부 또는 일부가 측정 모듈(103)에서 산출되어 측정정보로서 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전달되도록 구성될 수도 있다. 물론, 실시예를 구성하기에 따라, 측정 모듈(103)은 센서(102)를 통해 검출된 센싱정보에 대하여 별도의 처리를 수행하지 않고 센싱정보 자체만을 측정정보로서 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전달하며, 주제어 모듈(101)에서 측정 모듈(103)로부터 전송되는 측정정보(센싱정보)를 수신하고, 이에 기초하여 전기안전정보, 전력정보를 검출하여 측정정보로서 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전달하도록 구성될 수도 있다. 또한, 실시예를 구성하기에 따라 주제어 모듈(101)과 측정 모듈(103)이 센싱정보에 기초하여 전기안전정보 및/또는 전력정보를 검출하여 측정정보로서 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전송하도록 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 측정 모듈(103)은 주제어 모듈(101)의 플러그-인-플레이 기능에 따라, 인터페이스 모듈(300)의 특정 슬롯(310)에 삽입됨으로써 주제어 모듈(101)에 의해 자동으로 장치정보가 식별되고, 그에 따라 고유 식별정보를 부여받아 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록됨으로써 자동으로 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 포함되도록 구성될 수 있다.
한편 보다 바람직하게, 본 발명에 따른 측정 모듈(103)로부터 출력되는 측정정보들과 주제어 모듈(101)로부터 출력되는 측정정보들 각각에 고유 식별정보가 부여될 수 있다. 이러한 방식으로 측정정보들 각각에 고유의 식별정보가 부여되는 경우, 하나의 측정 모듈(103) 또는 주제어 모듈(101)로부터 전달되는 하나의 측정정보가 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 연결된 하나 이상의 통신 모듈(106)들에 의해 공유될 수 있다. 예를 들어, 측정 모듈 #1(103a)로부터 출력되는 측정정보 #1-1에 대하여 고유 식별정보 #1-1이 부여되어 있고, 주제어 모듈(101)과 통신 모듈 #1(106a) 및 통신 모듈 #2(106b)가 고유 식별정보 #1-1가 부여된 측정정보 #1-1을 획득하여 처리하도록 설정되어 있는 경우, 주제어 모듈(101)과 통신 모듈 #1(106a) 및 통신 모듈 #2(106b)는 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전달되는 측정정보들 중 고유 식별정보 #1-1을 갖는 측정정보를 수신하여 처리하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통하여, 본 발명에 따른 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성하는 하나 이상의 통신 모듈(106)이 동일한 측정정보를 공유/처리/통신할 수 있게 된다. 또한, 복수의 통신 모듈들이 동일한 측정정보를 공유하는 경우, 동일한 측정정보를 공유하는 복수의 통신 모듈들은 각기 지원되는 외부 네트워크(120)를 통해 동일한 측정정보(즉, 공유하는 측정정보)를 동시에 전송하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 검출/산출되는 하나의 측정정보를 복수의 외부 네트워크(120)를 통해 동시에 외부로 전송하는 기능을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같은 측정 모듈(103)의 구체적인 구성과 기능에 대해서는 도 7을 참조하여 살펴보도록 한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정/장치 모듈의 구성 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 측정 모듈(103)은 소켓(320), 딥(DIP) 스위치(322), MCU(324) 및 내부 통신부(328)를 포함할 수 있다.
소켓(320)은 전술한 바와 같은 인터페이스 모듈(300)의 슬롯(310)에 삽입되어 측정 모듈(103)을 스마트 분전반 제어기(100)에 연결하는 기능을 수행하도록 구성된다. 또한, 딥 스위치(322)는 주제어 모듈(101)이 연결된 측정 모듈(103)의 장치정보를 식별할 수 있도록, 측정 모듈(103)의 장치정보 및 응용 프로그램을 설정하는 기능을 수행하게 된다. 이하의 표 1은, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100) 내에서 딥 스위치(322) 설정에 따른 장치정보(측정 모듈(103) 및 통신 모듈(106) 포함)의 설정예이다.
모듈 DIP 스위치 DID 할당
(CAN/RS485 패킷)		 응용 프로그램


측정/장치 모듈
0 ~ 3		 0 : 0~15
1 : 16~31
2 : 32~47
3 : 48~63
전력계측장치
4 64~69 디스플레이 장치
5 70~79 삼상계측장치
6 80~89 환경센서
블루투스 7 90~99 블루투스(10CH)
이더넷 8 100~109 이더넷(10CH)
WiFi 9 110~119 WiFi(10CH)
지그비 A 120~129 지그비(10CH)
CDMA B 130~139 CDMA(10CH)
PLC C 140~149 PLC(10CH)
RS485 D 150~159 RS485(10CH)
CAN E 160~169 CAN(10CH)
예비 F 170~255
전술한 표 1에 표시된 내용은 단지 예시적인 목적일 뿐이라는 것에 유의할 필요가 있다. 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100) 내에는 다양한 목적을 수행하기 위하여 한정되지 않는 다양한 측정 모듈(103) 및 통신 모듈(106)이 설치될 수 있고, 이를 지원하기 위하여 주제어 모듈(101)이 구성될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 표 1에 도시된 바와 같이, 측정 모듈(103)의 딥 스위치(322)는 측정 모듈의 기능정보를 포함하는 장치정보를 설정하는 기능을 수행하게 되며, 주제어 모듈(101)은 인터페이스 모듈(300)의 슬롯(310)을 통해 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 연결되는 측정 모듈(103)의 딥 스위치(322) 설정으로부터 해당 측정 모듈(103)의 기능을 판단하고, 해당 측정 모듈(103)에 고유 식별정보를 포함하는 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 데이터 통신을 수행하기 위한 각종 설정값을 부여한다. 물론 딥 스위치 설정이 번거로울 경우 사용자가 네트워크를 통해 설정하도록 구성될 수도 있다.
MCU(Micro controller Unit)(322)는 측정 모듈(103)의 전반적인 기능을 수행하기 위하여 포함되는 구성요소이다. 즉, 측정 모듈(103)에 포함되는 MCU(324)는 연결된 센서(102)를 제어하여 원하는 전기관련 정보를 검출하고, 실시예에 따라 검출된 센싱정보에 기초하여 전기안전정보 및/또는 전력정보를 산출하여 내부 통신부(328)를 통해 전송하는 기능을 수행하도록 구성된다. 또한, MCU(324)는 내부 통신부(328)를 통해 주제어 모듈(101) 및/또는 통신 모듈(106)로부터 전송되는 제어명령을 수신하고, 연결된 센서의 동작을 제어하는 기능 또한 수행하게 된다.
내부 통신부(328)는 MCU(324)의 제어에 따라 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통한 데이터 통신을 수행하게 된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내부 네트워크(104 및/또는 105)가 CAN 통신 프로토콜에 의하는 경우 내부 통신부(328)는 CAN 통신 프로토콜에 따라 데이터 통신을 수행하도록 구성되며, 내부 네트워크(104 및/또는 105)가 RS485 통신 프로토콜에 의하는 경우 내부 통신부(328)는 RS485 통신 프로토콜에 따라 데이터 통신을 수행하도록 구성된다. 한편, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 측정정보들이 각기 고유의 식별정보를 가지도록 구성되는 경우, 본 발명에 따른 MCU(324)와 내부 통신부(328)는 검출/산출된 측정정보에 할당된 고유 식별정보를 부여하여 내부 네트워크(104 및/또는 105)로 전송하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 통신 모듈(106)은 주제어 모듈(101)에 의해 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록되어 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성하게 되며, 주제어 모듈(101), 하나 이상의 측정 모듈(103)로부터 내부 네트워크를 통해 전달되는 측정정보를 수신하여 유무선 통신을 이용해 외부 네트워크(120)를 통해 외부장치(로컬 서버, 원거리 서버, 스마트 폰, 단말기 등)(108)로 전송하는 기능을 수행하게 되며, 외부장치(130)로부터 전송되는 제어명령을 수신하여 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 수신된 제어명령의 목적장치인 주제어 모듈(101) 또는 측정 모듈(103)로 전달하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 통신 모듈(106)은 주제어 모듈(101)의 플러그-인-플레이 기능에 따라, 인터페이스 모듈(300)의 특정 슬롯(310)에 삽입됨으로써 주제어 모듈(101)에 의해 자동으로 장치정보가 식별되고, 그에 따라 고유 식별정보를 부여받아 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록됨으로써 자동으로 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 포함되도록 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 통신 모듈(106)과 측정 모듈(103) 사이의 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통한 데이터 통신은 주제어 모듈(101)의 관여 없이 통신 모듈(106)과 측정 모듈(103) 사이에서 1 대 1 또는 1 대 다(多)로 독립적으로 수행된다. 즉, 본 발명에 따른 주제어 모듈(101)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성/유지에만 관여할 뿐, 내부 네트워크(104 및/또는 105)의 구성 요소들(측정 모듈(103), 통신 모듈(106) 등) 간의 데이터 통신에는 관여하지 않으며, 이에 따라 주제어 모듈(101)과 무관하게 측정 모듈(103)과 다수의 통신 모듈(106) 간의 실시간 다중 통신이 수행될 수 있으며, 또한 이에 기초하여 측정 모듈(103)로부터의 측정정보를 수신한 다수의 통신 모듈(106)들을 통해 복수의 외부장치(130)들로의 실시간 다중 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 통신 모듈(106)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전달되는 복수의 측정정보들 중 미리 설정된 고유 식별정보를 갖는 측정정보를 선별적으로 수신하고, 수신된 측정정보를 외부 네트워크(120)를 통해 지정된 외부장치(130)로 전송하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
이러한 기능을 수행하기 위한 본 발명에 따른 통신 모듈(106)은 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통한 내부 통신을 수행하기 위하여 내부 통신부와 외부 네트워크(120)를 통한 외부 통신을 수행하기 위한 외부 통신부를 포함하도록 구성된다. 이러한 통신 모듈(106)의 구체적인 구성과 기능에 대해서는 이하에서 도 6을 참조하여 살펴보도록 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 모듈의 구성 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통신 모듈(106)은 소켓(320), 딥 스위치(322), MCU(324), 외부 통신부(326) 및 내부 통신부(328)를 포함할 수 있다. 소켓(320), 딥 스위치(322) 및 내부 통신부(328)의 기능은 도 7을 참조하여 전술한 바와 같은 측정/장치 모듈 내의 대응되는 구성들과 거의 유사하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
딥 스위치(322)의 경우 전기의 표 1에 도시된 바와 같이, 딥 스위치(322)의 설정 값에 따라 통신 모듈(106)의 외부 통신 방식을 포함하는 장치정보를 설정할 수 있도록 구성된다. 따라서, 주제어 모듈(101)은 인터페이스 모듈(300)의 슬롯(310)을 통해 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 연결되는 통신 모듈(106)의 딥 스위치(322) 설정으로부터 해당 통신 모듈(106)의 외부 통신 프로토콜을 판단하고, 해당 통신 모듈(106)에 고유 식별정보를 포함하는 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 데이터 통신을 수행하기 위한 각종 설정값을 부여한다.
통신 모듈(106)의 외부 통신부(326)는 해당 통신 모듈(106)이 데이터 통신을 수행하기 위하여 접속하게 되는 외부 네트워크(120)의 통신 프로토콜에 따른 데이터 통신을 수행할 수 있도록 구성된다. 외부 네트워크(120)는, 예를 들어, 블루투스, 이더넷, WiFi, 지그비, CDMA, PLC, RS485, CAN 통신 프로토콜들 중 어느 하나의 통신 프로토콜에 따라 데이터 통신을 수행하는 네트워크일 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 외부 통신부(326)가 전술한 통신 방식에 한정되는 것은 아니며, 현재 이용되고 있거나 장래 개발될 다양한 통신 프로토콜들 중 하나가 필요에 따라 채택될 수 있다.
통신 모듈(106)의 MCU(324)는 내부 네트워크(104 및/또는 105)와 외부 네트워크(120) 간의 데이터 통신을 인터페이싱하는 기능을 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 통신 모듈(106)의 MCU(324)는 내부 통신부(328)를 통해 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전송되는 측정정보 등의 데이터를 수신하고, 이를 채택된 외부 네트워크(120)를 통한 통신에 적합한 포맷으로 변환한 후 외부 통신부(326)를 통해 외부장치(130)로 전송하는 기능을 수행하게 된다. 또한, 유사하게, 통신 모듈(106)의 MCU(324)는 외부 네트워크(120)를 통해 외부장치(130)로부터 전송되는 제어명령 등의 데이터를 외부 통신부(326)를 통해 수신한 후, 수신된 제어명령 등의 데이터를 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통한 통신에 적합한 포맷으로 변경하여 내부 통신부(328)를 통해 내부 네트워크(104 및/또는 105)로 전송하는 기능을 수행하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 통신 모듈(106)이 전술한 바와 같이 특정 식별정보를 가지는 측정정보를 획득하도록 구성된 경우, 본 발명에 따른 통신 모듈(106)의 MCU(324) 및 내부 통신부(328)는 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 전송되는 측정정보들 중 미리 설정된 식별정보를 가지는 측정정보를 식별하여 해당되는 측정정보를 획득하고, 이를 외부장치(130)로 전송하도록 구성될 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 기능장치/센서 모듈(110)을 더 포함할 수 있다. 기능장치/센서 모듈(110)은 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)에 연결되는 보안등, 가로등, 신호등, CCTV 등과 같이 특정 기능을 수행하기 위한 외부 피제어 장치(미도시)의 동작을 제어하기 위한 모듈이다. 측정 모듈(103)과 유사하게, 본 발명에 따른 기능장치/센서 모듈(110)은 주제어 모듈(101)에 의해 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록되어 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 구성하게 되며, 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 주제어 모듈(101) 및/또는 통신 모듈(106)로부터 전송되는 제어명령을 수신하여 연결된 외부 피제어 장치의 동작을 제어하게 되며, 외부 피제어 장치의 상태 정보 등의 모니터링 정보를 내부 네트워크(104 및/또는 105)를 통해 주제어 모듈(101) 및/또는 통신 모듈(106)로 전송하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이러한 외부 피제어 장치의 제어 및 모니터링을 위한 기술 자체는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 전술한 바와 같이, 기능장치/센서 모듈(110)로부터 출력되는 모니터링 정보 또한 측정정보와 유사하게 고유 식별정보가 부여될 수 있으며, 이러한 고유 식별정보의 부여를 통해 복수의 통신 모듈(106)이 특정 모니터링 정보를 공유할 수 있도록 구성될 수 있다는 점에 유의해야 할 것이다.
외부장치(130)는 다수의 외부 네트워크(120)들 중 어느 하나의 외부 네트워크(120)를 통해 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100) 내부에 장착된 특정 통신 모듈(106)과 데이터 통신을 수행하는 로컬 서버, 원거리 서버, 스마트 폰, 개인용 단말기 등의 정보통신기기이다. 외부장치(130)는 특정 통신 모듈(106)을 통해 스마트 분전반 제어기(100)로부터 전송되는 측정정보, 모니터링 정보 등의 데이터를 특정 외부 네트워크(120)를 통해 수신하고, 이를 표시부(미도시)를 통해 출력하도록 구성된다. 또한, 외부장치(130)는 입력부(미도시)를 통해 사용자의 제어명령을 입력받고, 입력된 제어명령을 외부 네트워크(120)를 통해 스마트 분전반 제어기(100)의 특정 통신 모듈(106)로 전송하는 기능을 수행하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기의 예시적인 구성 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 내부 네트워크로서 CAN 통신 네트워크(104) 및/또는 RS485 통신 네트워크(105)를 채택하고 있으며, 주제어 모듈(101), 측정 모듈(103)로서 삼상계측 제어기 모듈(103a), 외부 전력량계 모듈(103b), 환경센서 모듈(103c)을 포함하고, 표시 모듈(109)로서 LCD 디스플레이 모듈(109)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 통신 모듈(106)로서, RS485 통신 프로토콜에 따라 외부 데이터 통신을 수행하는 제 1 통신 모듈(106a), 블루투스 통신 프로토콜에 따라 외부 데이터 통신을 수행하는 제 2 통신 모듈(106b), WiFi 통신 프로토콜에 따라 외부 데이터 통신을 수행하는 제 3 통신 모듈(106c), 지그비 통신 프로토콜에 따라 외부 데이터 통신을 수행하는 제 4 통신 모듈(106d), CDMA 통신 프로토콜에 따라 외부 데이터 통신을 수행하는 제 5 통신 모듈(106e), 이더넷 통신 프로토콜에 따라 외부 데이터 통신을 수행하는 제 6 통신 모듈(106f)을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 6 통신 모듈들(106a~106f)은 각기 지원되는 외부 통신 프로토콜을 통해 하나 이상의 외부장치(108a, 108b)와 데이터 통신을 수행하게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 모듈을 포함하는 스마트 분전반 제어기의 구성 블록도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 주제어 모듈(101)과, 주제어 모듈(101)에 연결되며 측정 모듈(103) 또는 통신 모듈(106)이 삽입되어 설치되는 복수의 슬롯들(310a~310n)을 구비한 인터페이스 모듈(300)을 포함할 수 있다. 인터페이스 모듈(300)에 구비된 슬롯(310)에는 측정 모듈(103)과 통신 모듈(106)이 삽입된다. 따라서, 본 발명에 따른 측정 모듈(103) 및 통신 모듈(106)은 슬롯(310)에 삽입되어 연결될 수 있도록 상보적으로 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 다수의 슬롯(310)을 구비하고, 슬롯(310)에 연결되는 측정 모듈(103) 및/또는 통신 모듈(106)을 자동으로 인식하여 내부 네트워크(104 및/또는 105)에 등록할 수 있으므로, 필요에 따라 측정 모듈(103) 및/또는 통신 모듈(106)을 추가/교체/삭제할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다. 따라서, 분기의 확장이 필요한 경우, 또는 새로운 방식의 계측이 필요한 경우, 또는 외부장치(130)와의 새로운 방식의 데이터 통신이 필요한 경우 용이하게 스마트 분전반 제어기(100)를 구성할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
스마트 분전반 제어기(100)의 확장
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 스마트 분전반 제어기들 사이의 메인 내부 네트워크 구성도이다. 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 단일 내부 네트워크를 통해 복수의 스마트 분전반 제어기(100)들이 연결될 수 있는 분기확장 시스템을 구성할 수 있다.
하나의 스마트 분전반 제어기(100)가 관리할 수 있는 최대 분기의 수가 8개라고 가정하면, 스마트 분전반(10)을 통해 제공하고자 하는 분기가 8개를 초과할 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 스마트 분전반(10)은 복수의 스마트 분전반 제어기(100)들 중 하나의 스마트 분전반 제어기(100)를 마스터로 설정하고 나머지 스마트 분전반 제어기(들)(200a~200n)을 슬레이브로 설정하여, 하나의 마스터 스마트 분전반 제어기(100)와 하나 이상의 슬레이브 스마트 분전반 제어기(들)(200a~200n) 사이에 메인 내부 네트워크(201)를 형성하도록 구성될 수 있다.
이러한 경우, 마스터 스마트 분전반 제어기(100) 내부에는 마스터 스마트 분전반 제어기(100)에 포함되는 주제어 모듈(101), 측정 모듈(103), 통신 모듈(106), 표시 모듈(109), 기능장치/센서 모듈(110) 사이에 서브 내부 네트워크(104 및/또는 105)가 형성되며, 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200) 내부에는 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200)에 포함되는 주제어 모듈(101), 측정 모듈(103), 기능장치/센서 모듈(110) 사이에 서브 내부 네트워크(104 및/또는 105)가 형성될 수 있다. 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200)의 경우, 마스터 스마트 분전반 제어기(100)에 포함된 하나 이상의 통신 모듈(106)을 이용해 외부장치(130)와의 데이터 통신을 수행할 수 있으므로, 별도의 통신 모듈(106)이 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200) 내에 포함되지 않을 수도 있다. 물론 실시예를 구성하기에 따라, 별도의 통신 모듈(106)이 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200) 내에 포함될 수도 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 마스터 스마트 분전반 제어기(100)와 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200a~200n) 사이의 메인 내부 네트워크(201)는 각각의 스마트 분전반 제어기(100, 200a~200n) 내부의 주제어 모듈들 사이에 형성되는 내부 네트워크일 수 있다. 이러한 경우, 스마트 분전반 제어기들(100, 200a~200n) 사이의 메인 내부 네트워크(201)와 스마트 분전반 제어기들(100, 200a~200n) 각각의 내부의 서브 내부 네트워크(104 및/또는 105)가 독립적으로 존재하게 되며, 슬레이브 스마트 분전반 제어기들(200a~200n)은 마스터 스마트 분전반 제어기(100)의 제어에 따라 데이터 통신 및 제어가 이루어지게 된다.
다른 한편, 다른 일 실시예에 따르면, 마스터 스마트 분전반 제어기(100)에 포함되는 주제어 모듈(101), 측정 모듈(103), 통신 모듈(106), 표시 모듈(109), 기능장치/센서 모듈(110), 슬레이브 스마트 분전반 제어기들(200a~200n) 각각이 메인 내부 네트워크(201)를 구성할 수 있다. 즉, 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200a~200n) 각각이 마스터 스마트 분전반 제어기(100)의 주제어 모듈(101)에 의해 구성되는 메인 내부 네트워크(201)의 일 구성요소가 되고, 다시 슬레이브 스마트 분전반 제어기(200a~200n) 각각을 구성하는 내부의 구성요소들이 메인 내부 네트워크(201)의 하부 네트워크를 이루는 서브 내부 네트워크를 구성할 수도 있다.
스마트 분전반 제어기의 과부하 경고 알고리즘
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반의 부하 경고 서비스 제공 개념을 설명하기 위한 그래프이다. 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)에서 수행되는 과부하 경고 알고리즘에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
먼저, 도 8의 좌측 그래프에는 동작시간과 전류량 배수(정격 전류량에 대한 현재 전류량의 배수)와의 관계가 도시되어 있다. 도 8의 좌측 그래프에서 전류량 배수의 최대값(400)과 최소값(401)이 도시되어 있다. 종래기술에 따른 분전반에 있어 과부하 경고 알고리즘은 최대 전류량에서 현재 흐르는 전류량의 비율로서 경고단계를 산출하도록 구성된다. 그러나, 이러한 종래기술에 따른 과부하 경고 알고리즘의 경우 도 8의 좌측에 도시된 바와 같은 시간에 따른 전류량의 누적을 고려하지 못하여, 정확한 부하를 반영하지 못한다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)의 경우, 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 시간에 따른 전류량의 누적은 반영하여 올바른 부하를 산정할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 시간에 따른 전류량의 누적을 반영하기 위하여, 각각의 분기에 대한 특성정보가 이용될 수 있다. 도 8의 우측에는, 본 발명에 따른 과부하 경고 알고리즘이 도시되어 있다. 도 8의 우측에는, 1차 경고를 수행하기 위한 동작시간에 따른 전류량의 배수 그래프(402) 및 2차 경고를 수행하기 위한 동작시간에 따른 전류량의 배수 그래프(402)가 도시되어 있다. 도 8의 우측에 도시된 그래프에 있어, 동작시간에 따른 현재 전류량의 배수가 1차 경고 그래프의 좌측에 위치되면 정상상태인 것으로 판단되어 별도의 과부하 경고가 출력되지 않고, 동작시간에 따른 현재 전류량의 배수가 1차 경고 그래프와 2차 경고 그래프 사이에 위치되면 1차 경고상태인 것으로 판단되어 1차 경고가 출력되며, 동작시간에 따른 현재 전류량의 배수가 2차 경고 그래프의 우측에 위치되면 2차 경고상태인 것으로 판단되어 2차 경고가 출력되게 된다. 도 8에 있어, 그래프로서 도시된 것은 이해의 편의를 위한 것이며, 실제 1차 경고를 수행하기 위한 동작시간에 따른 전류량의 배수 그래프(402) 및 2차 경고를 수행하기 위한 동작시간에 따른 전류량의 배수 그래프(402) 각각이 시간과 전류량 배수의 함수로서 스마트 분전반 제어기(100)에 저장되어 있으며, 스마트 분전반은 분기별로 분기별 동작시간과 현재 전류량을 측정한 후, 측정된 현재 전류량과 정격 전류량(전류 용량)의 배수(비율)를 산출하고, 산출된 전류량의 배수를 시간과 전류량의 배수 함수에 적용하여, 과부하 경고 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 과부하 경고에 이용되는 동작시간에 따른 현재 전류량의 배수정보는 스마트 분전반(10)에 포함된 모든 분기에 대하여 동일한 정보가 이용될 수도 있으며, 또는 각 분기별로 서로 상이한 정보가 이용될 수도 있다. 이러한 분기별 과부하 경고 알고리즘은 분기별로 공지된 소정의 이론을 통해 구현되거나, 또는 분기별로 실측된 데이터에 기초하여 구현될 수 있다.
전술한 바와 같은 과부하 경고 알고리즘은 본 발명에 따른 주제어 모듈(101) 및/또는 측정 모듈(103)에 저장되어 구현될 수 있으며, 과부하 상태가 검출되는 경우 과부하 경고가 표시 모듈(109)을 통해 표시되는 동시에, 통신 모듈(106)을 통해 외부장치(130)로 전송될 수 있다.
스마트 분전반 제어기의 전력절감 알고리즘
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기 상에서 제공되는 전력절감 설정메뉴 인터페이스 화면과 외부장치(서버/단말기/스마트폰)에 제공되는 월간 전력현황 표시화면의 예를 나타낸 예시도이다. 스마트 분전반은 일별 또는 월별 전력사용량에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 일차적인 일별 또는 월별 전력사용량에 대한 정보뿐만 아니라, 누진제도에 기초하여 일별 또는 월별 전력사용량에 대한 정확한 전기요금을 산출하여 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다.
현재 누진제도에 기초한 전기요금은 "전기요금 = 기본요금 + 사용 전력량 요금 + 부가가치세(10%) + 전력산업기반기금(3.7%)"로 산출된다.
다음의 표 2는 사용 전력량에 따른 기본요금과 전력량 요금을 나타낸 표이다.
기본요금(원/호) 전력량 요금(원/KWh)
100KWh 이하 사용 390 처음 100KWh까지 57.3
101~200KWh 사용 860 다음 100KWh까지 118.4
201~300KWh 사용 1,490 다음 100KWh까지 175
301~400KWh 사용 3,560 다음 100KWh까지 258.7
401~500KWh 사용 6,670 다음 100KWh까지 381.5
500KWh 초과 사용 12,230 500KWh 초과 670.6
누진제도에 기초한 전기요금 산출 공식 및 표 2에 도시된 기본요금과 전력량 요금은 현재 시행되고 있는 산출 공식 및 기본요금과 전력량 요금의 산출기준일뿐, 시행되는 방식에 따라 다양하게 변경될 수 있으며 본 발명에 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)의 요지는 전술한 바와 같은 누진제도에 따라 정확한 전기요금을 산출할 수 있는 전기요금 산출 알고리즘을 이용하여 정확한 전기요금을 산출할 수 있는 구성에 있다. 따라서, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)에 저장된 전기요금 산출 알고리즘은 현재 시행되고 있는 전기요금 산출 방식에 따라 적절하게 변경될 수 있으며, 네트워크를 통해 갱신될 수 있다.
전술한 기준에 따라, 예를 들어, 현재 스마트 분전반을 통해 사용된 월간 전력량이 520KWh인 경우, 전기요금은 다음과 같이 산출될 수 있다.
기본요금(12.230원)+사용 전력량 요금(처음 100KWh까지의 전력량 요금(5,730원)+다음 100KWh까지의 전력량 요금(11,840원)+다음 100KWh까지의 전력량 요금(17,500원)+다음 100KWh까지의 전력량 요금(25,870원)+다음 100KWh까지의 전력량 요금(38,150원)+500KWh 초과분의 전력량 요금(13,412원))+부가가치세(12,473.2원)+전력산업기반기금(4,615.084원) = 141,820.284원
따라서, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 각 분기별로 또는 스마트 분전반 전체의 전기요금을 전술한 바와 같은 전기요금 산출 알고리즘에 기초해 정확하게 산출할 수 있으며, 이러한 방식으로 산출되는 전기요금은 표시 모듈(109)을 통해 표시부(미도시)로 출력될 수 있으고, 및/또는 통신 모듈(106)을 통해 외부장치(130)로 전송될 수 있다. 전술한 바와 같은 전기요금 정보는 실시예를 구성하기에 따라 측정 모듈(103) 및/또는 주제어 모듈(101)에서 산출될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 사용자에 의한 자율절전을 유도하기 위하여, 기간별로 목표 전기요금 및/또는 목표 전력량을 설정하고, 설정된 목표 전기요금 및/또는 설정 목표 전력량과 현재까지(월별인 경우 현재까지의 월별 또는 일별인 경우 현재까지의 일별) 사용한 전기요금 및/또는 전력량에 대한 비교정보를 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 누진제도에 기초한 실제 전기요금이 산출될 수 있으므로, 사용자의 조작에 따라 기간별 목표 전력량 또는 목표 전기요금이 입력되는 경우, 입력되지 않은 다른 하나의 목표정보는 자동으로 산출되어 설정될 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여, 월별 전력량 및 전기요금을 설정하는 실시예를 기준으로 설명하나, 이와 함께, 또는 이와 별개로 일별 또는 분기별 또는 연별 전력량 및 전기요금에 대한 설정 및 비교 또한 가능할 것이다.
도 9의 좌측에는, 본 발명에 따른 스마트 분전반(10)에서 제공되는 월간 전력절감 설정메뉴 화면(500)이 도시되어 있다. 월간 전력절감 설정메뉴 화면(500)의 평균요금 항목에는 소정의 기간 동안의 평균요금이 출력되며, 설정요금 항목에는 사용자가 설정한 월별 목표 전기요금이 출력되고, 평균전력량 항목에는 소정의 기간 동안의 평균 전력량이 출력되며, 설정전력량 항목에는 사용자가 설정한 월별 목표 전력량이 출력된다. 사용자는 스마트 분전반 제어기(100)의 표시부를 통해 출력되는 월간 전력절감 설정메뉴 화면(500)을 확인하고 스마트 분전반 제어기(100)의 입력부를 통해 전기요금 및 전력량을 설정할 수 있다. 물론, 이러한 전기요금 및 전력량의 설정은 사용자의 외부장치(130)를 통해 원격으로 설정될 수도 있음은 물론이다. 또한, 사용자가 별도로 전기요금 및 전력량을 설정하지 않는 경우, 평균 전기요금 및 평균 전력량이 디폴트 설정요금 및 설정전력량으로 설정될 수 있다.
전술한 바와 같은 방식으로 월별 설정 요금 및 설정 전력량이 설정되면, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 도 9의 우측에 도시된 바와 같은 월간 전력 현황 정보(501)를 산출/구성하여, 통신 모듈(106)을 통해 외부의 서버/단말기/스마트 폰과 같은 외부장치(130)로 전송하여 사용자에게 제공할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 월간 전력 현황 정보(501)는 평균 전력량 항목, 현재 전력량 항목, 설정 전력량 항목, 금월 예상 전력량 항목, 평균 요금 항목, 현재 요금 항목, 설정 요금 항목, 금월 예상 요금 항목, 사용 전력량 비율항목(설정/평균 요금 기준)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 전술한 바와 같은 월간 전력 현황 정보를 제공하기 위하여, 현재까지의 월간의 전력사용량을 측정하고, 측정된 월간 전력사용량에 따른 전기요금을 전술한 바와 같은 알고리즘에 따라 산출하게 된다. 또한, 소정의 알고리즘에 따라 해당 월의 전력사용량의 추세를 분석하여, 해당 월의 예상 전력사용량을 예측하며, 예측된 해당 월의 예상 전력사용량에 기초하여 예상 전기요금을 산출하도록 구성된다. 이러한 전력사용량의 추세에 대한 분석은 다양한 방식을 수행될 수 있다. 일 실시예에 있어, 스마트 분전반 제어기(100)는 현재 전력사용량을 설정된 기간 중 현재까지의 일수로 나누어, 일별 전력사용량을 예측하고, 현재 전력사용량에 잔여 기간(잔여 일수)에 일별 전력사용량을 곱한 값을 해당 월의 예상 전력사용량으로 예측할 수 있다. 또는, 다른 실시예에 있어, 스마트 분전반 제어기(100)는 통계정보를 기초하여 소정의 기간(예를 들어, 6개월)의 월별 평균 전력사용량을 일수로 나누어 일별 전력사용량을 예측하고, 현재 전력사용량에 잔여 기간(잔여 일수)에 일별 전력사용량을 곱한 값을 해당 월의 예상 전력사용량으로 예측할 수 있다. 또는, 또 다른 실시예에 있어, 스마트 분전반 제어기(100)는 통계정보에 기초하여 몇해에 걸친 해당 월의 평균 전력사용량(예를 들어, 7월이라 가정하면, 지난 5년 동안의 7월에 사용된 전력사용량의 평균 등)을 일수로 나누어 일별 전력사용량을 예측하고, 현재 전력사용량에 잔여 기간(잔여 일수)에 일별 전력사용량을 곱한 값을 해당 월의 예상 전력사용량으로 예측할 수 있다. 이상의 실시예들은 예시적인 목적을 위한 것이며, 본 발명에 따른 예상 전력사용량의 산출이 이에 한정되는 것은 아니고, 많은 알고리즘들 중 적절한 하나의 알고리즘이 채택되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 평균요금과 현재까지의 전기요금의 비율을 산출한다. 전술한 바와 같이, 현재 전력량, 현재 요금, 예상 전력량, 예상 요금 및 사용 전력량 비율이 산출되면, 스마트 분전반 제어기(100)는 도 9에 도시된 바와 같은 월간 전력 현황 정보(501)를 생성하여 외부 네트워크(120)를 통해 외부장치(130)로 전송하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 이러한 월간 전력 현황 정보(501)는 분기별 또는 스마트 분전반 전체에 대하여 산출/구성될 수 있으며, 이러한 기능은 본 발명에 따른 주제어 모듈(101) 및/또는 측정 모듈(103)에 구현될 수 있다.
스마트 분전반 제어기의 전력품질정보 전송 알고리즘
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 분전반 제어기 상에서 제공되는 전력품질정보 전송을 설명하기 위한 예시도이다. 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)에서의 전력품질정보(고조파 분석정보)의 전송 알고리즘에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
종래기술에 따른 분전반 제어기의 경우, 고조파와 누설전류를 분석하여 전력품질정보를 전송함에 있어 많은 수치정보를 실시간으로 외부 서버 또는 단말기(외부장치(130))에 전송하고, 외부장치(130)에서 수신된 많은 수치정보를 다시 구성하여 전력품질정보에 대한 그래픽 화면을 구성하여 사용자에게 제공하고 있다. 즉, 종래기술에 따른 분전반 제어기의 경우 고조파 분석정보를 전송함에 있어, 도 10의 좌측에 표시된 그래프들(기본 주파수 파형(600), 제 5차 고조파 파형(601), 제 7차 고조파 파형(602), 제 11차 고조파 파형(603) 등) 각각을 나타내는 수치정보를 모두 외부장치(130)로 전송함에 따라 통신부하가 과도하게 발생하고 분전반 제어기의 성능에 따라 고조파 분석에 있어 한계가 존재하게 된다는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 항상 고조파 분석정보 전체를 외부장치(130)로 전송하는 대신, 고조파 분석결과 고조파 차수에 따른 비율, 발생 주파수를 산출하여 사용자 설정기준(또는 디폴트로 설정된 표준 기준)과 비교하고, 사용자 설정기준 이상인 경우, 즉 미리 설정된 전력품질보다 못한 경우에 한하여, 고조파 분석정보 중 특정 정보만을 추출하여 외부장치(130)로 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 고조파의 차수에 따른 특징정보(발생 주기(주파수), 전원의 극성, 비율 등)만을 고조파 분석정보로써 외부장치(130)로 전송하고, 외부장치(130)에서 수신된 고조파 분석정보에 포함된 고조파 차수별 특징정보를 합성하여 실제 전력 파형과 근사화된 파형을 생성/출력하도록 구성될 수 있다. 도 10의 우측에 표시된 그래프(604)가 전술한 바와 같은 방식으로 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)에서 전송된 고조파 분석정보를 외부장치(130)에서 합성하여 출력한 그래프이다. 또한, 전술한 바와 같은 고조파 분석정보에는 주요 수치정보가 함께 포함될 수 있으며, 이러한 주요 수치정보는 외부장치(130) 상에서 근사화된 파형과 함께 표시될 수 있다. 따라서 전술한 바와 같은 전력품질정보(고조파 분석정보) 전송 알고리즘을 이용하여, 본 발명에 따른 스마트 분전반 제어기(100)는 전력품질정보의 전송 데이터량을 줄임으로써 통신부하를 감소시키고, 전력품질정보의 실시간 전송을 가능하게 할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 이러한 전력품질정보 전송 알고리즘은 본 발명에 따른 주제어 모듈(101) 및/또는 측정 모듈(103)에 구현될 수 있다.
10 : 스마트 분전반 20 : 주 차단기
22 : 교류 분기 차단기 24 : 센서
100 : 스마트 분전반 제어기 26 : 직류 분기 차단기
30 : AC 전원용 기기 32 : DC 전원용 기기
101 : 주제어 모듈 102 : 센서
103 : 측정 모듈 104 : 제 1 내부 네트워크
105 : 제 2 내부 네트워크 109 : 표시 모듈
110 : 기능장치/센서 모듈 120 : 외부 네트워크
130 : 외부장치
200 : 슬레이브 스마트 분전반 제어기
300 : 인터페이스 모듈 310 : 슬롯
320 : 소켓 322 : DIP 스위치
324 : MCU 326 : 외부 통신부
328 : 내부 통신부

Claims (13)

  1. 주 차단기 및 하나 이상의 분기 차단기를 포함하는 스마트 분전반을 모니터링 및 제어하는 스마트 분전반 제어기에 있어서,
    상기 스마트 분전반 제어기에 포함되는 측정 모듈, 통신 모듈 사이에 내부 네트워크를 구성 및 관리하고, 상기 내부 네트워크의 구성 및 관리에 필요한 정보를 상기 내부 네트워크를 통해 주기적으로 전송하여 데이터 통신을 수행할 수 있도록 하는 주제어 모듈;
    상기 주제어 모듈에 연결되며, 측정 모듈 또는 통신 모듈이 설치되는 하나 이상의 슬롯을 구비하며, 상기 슬롯에 설치되는 측정 모듈 또는 통신 모듈은 모듈 등록 및 통신 매개변수를 통해 상기 주제어 모듈에 연결되는 인터페이스 모듈;
    상기 인터페이스 모듈의 상기 슬롯에 설치되어 상기 주제어 모듈에 의해 상기 내부 네트워크에 포함되고, 상기 주 차단기 또는 상기 분기 차단기에 설치된 센서의 동작을 제어하며, 상기 센서로부터 출력되는 측정정보를 입력받고, 입력된 측정정보를 상기 내부 네트워크를 이용하여 미리 규정된 측정 모듈에 따른 통신 매개변수를 통해 전송하는 측정 모듈; 및
    상기 인터페이스 모듈의 상기 슬롯에 설치되어 상기 주제어 모듈에 의해 상기 내부 네트워크에 포함되고, 상기 내부 네트워크를 통해 전송되는 측정정보들 중 미리 설정된 측정정보를 수신하며, 수신된 측정정보를 상기 내부 네트워크와 독립적인 외부 네트워크를 통해 전송하고, 상기 외부 네트워크로부터 전송되는 제어명령을 수신하여 상기 내부 네트워크를 통해 전송하는 통신 모듈을 포함하되,
    상기 주제어 모듈은 미리 규정된 통신 모듈이 새롭게 연결되는 경우, 연결된 통신 모듈을 자동으로 인식하고 상기 내부 네트워크에 등록함으로써, 상기 새롭게 연결된 통신 모듈이 미리 규정된 통신 모듈에 따른 통신 매개변수를 이용해 상기 내부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주제어 모듈은 미리 규정된 통신 모듈에 대한 장치정보 및 상기 미리 규정된 통신 모듈에 따른 통신 매개변수를 저장하고 있으며, 미리 규정된 통신 모듈이 새롭게 연결되는 경우, 상기 새롭게 연결된 통신 모듈의 장치정보에 기초하여 상기 새롭게 연결된 통신 모듈을 자동으로 인식하고, 상기 새롭게 연결된 통신 모듈의 통신 매개변수를 상기 내부 네트워크에 등록함으로써 상기 새롭게 연결된 통신 모듈이 상기 통신 매개변수를 이용하여 상기 내부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 미리 규정된 통신 모듈에 대한 장치정보 및 상기 미리 규정된 통신 모듈에 따른 통신 매개변수는 사용자의 조작에 따라 변경, 추가 및 삭제될 수 있는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 주제어 모듈은 상기 미리 규정된 통신 모듈에 대해 상기 인터페이스 모듈을 통한 상기 통신 모듈의 플러그-인-플레이(plug-in-play)를 지원하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신 모듈은 상기 주제어 모듈과 무관하게 상기 내부 네트워크를 통해 상기 측정정보를 수신하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 스마트 분전반 제어기는 복수의 통신 모듈을 포함하며,
    상기 복수의 통신 모듈은 각기 상이한 외부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 측정 모듈로부터 상기 내부 네트워크를 통해 전송되는 측정정보는 상기 내부 네트워크에 포함된 복수의 통신 모듈들에 의해 동시에 수신되어 복수의 외부 네트워크를 통해 동시에 다중으로 전송될 수 있는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 측정정보 각각에 고정 식별정보가 부여되며, 상기 내부 네트워크에 포함된 복수의 장치 및 통신 모듈은 상기 측정정보를 공유하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신 모듈은,
    상기 인터페이스 모듈의 상기 슬롯에 결합되는 소켓;
    통신 모듈의 장치정보를 설정하기 위한 딥(DIP) 스위치;
    상기 내부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행하기 위한 내부 통신부;
    상기 외부 네트워크를 통해 데이터 통신을 수행하기 위한 외부 통신부; 및
    상기 통신 모듈의 동작을 제어하는 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 통신 모듈의 장치정보는 상기 외부 통신부의 통신방식에 관한 정보를 포함하며,
    상기 주제어 모듈은 상기 통신 모듈의 장치정보에 포함된 상기 외부 통신부의 통신방식에 관한 정보에 기초하여 새롭게 연결되는 통신 모듈을 인식하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정정보는 전류, 전압, 누전, 전력, 전력량, 고조파, 과전류, 과전압, 누전값, THD(Total Harmonic Distortion), 화재, 온도, 습도, 연기, CO2, CO, 오염도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 네트워크는 멀티 마스터 기능이 지원되는 CAN 통신방식 또는 RS485 통신방식을 사용하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 네트워크는 이더넷 통신방식, CDMA 통신방식, RS485 통신방식, WiFi 통신방식, Bluetooth 통신방식, PLC(Power Line Communication) 통신방식, Zigbee 통신방식 중 어느 하나의 통신방식 또는 다중 통신방식을 사용하는 것을 특징으로 하는, 스마트 분전반 제어기.
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