KR20170094734A - 전력량 모니터링 장치 - Google Patents

전력량 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력량 모니터링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나 이상의 부하가 소비하는 총 전력량을 수신하여 부하가 소비하는 개별 전력량을 산출하기 위한 전력량 모니터링 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치는 외부 전원 및 재생 에너지 발전 장치를 통해 전력을 공급받는 하나 이상의 부하를 포함하는 전력 시스템의 전력량을 모니터링하는 장치에 있어서, 분전반으로부터 상기 하나 이상의 부하가 소비하는 총 전력량인 제1 전력량을 수신하는 수신부 및 상기 제1 전력량을 기초로 상기 하나 이상의 부하의 개별 전력량인 제2 전력량을 산출하는 산출부를 포함한다.

Description

전력량 모니터링 장치{Apparatus for monitoring electric energy}
본 발명은 전력량 모니터링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나 이상의 부하가 소비하는 총 전력량을 수신하여 부하가 소비하는 개별 전력량을 산출하기 위한 전력량 모니터링 장치에 관한 것이다.
전력량 모니터링 장치란 원격 검침, 전력 공급자와 수요자 간의 양방향 통신 및 시간대별 계량이 가능한 전자식 전력량계를 의미한다. 전력량 모니터링 장치는 15분 단위로 검침을 함으로써 한 달에 한번 검침을 하던 기존의 원격검침보다 자주 에너지 사용 정보를 제공한다.
그러나, 전력량 모니터링 장치가 제공하는 정보만으로는 에너지를 절감하는데 한계가 있다. 즉, 종래의 전력량 모니터링 장치의 경우 가정의 전체 전력 소비량만을 알 수 있을 뿐, 가정 내의 각각의 전자기기마다의 전력 소비량을 알 수 없다. 따라서, 사용자는 전력 소비 절약을 위해 어떤 전자기기의 사용을 관리해야 하는지 알 수 없는 경우가 대부분이다. 또한, 각 전자기기의 전력 소비량을 알기 위해 전자기기별로 전력량계를 부착하는 것은 경제적으로 비 효율적일 수 있다.
도 1은 종래의 전력량 모니터링 장치(10)가 분전반(30)과 연결된 모습을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 전력량 모니터링 장치(10)는 각 부하(40)들로 공급되는 전체 전력을 모니터링할 수 있다. 이때, 전력을 공급받는 부하(40)는 가정에서 사용하는 가전 제품일 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 종래의 전력량 모니터링 장치(10)는 가정의 전체 전력 소비량만을 알 수 있을 뿐, 가정 내 각 전자기기마다의 전력 소비량을 알 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 전력량 모니터링 장치(10)는 외부로부터 공급되는 전력량을 측정할 수 없고, 이를 측정하기 위한 추가적인 장치가 필요하다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 전력량 모니터링 장치(10)는 외부로부터 공급되는 전력량을 측정하기 위하여 추가적인 장치를 장착함에 따라 시스템 구축 비용이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명은 비침입 부하 모니터링(Non-Intrusive Load Monitoring; NILM) 방법을 이용함으로써 부하의 개별 전력량을 산출하기 위한 전력량 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수신부가 외부 전원 또는 재생 에너지 발전 장치로부터 전력량을 수신함으로써 시스템 구축 비용을 절감하기 위한 전력량 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 산출부가 외부 전원 또는 재생 에너지 발전 장치의 공급 전력량을 산출함으로써 시스템 구축 비용을 절감하기 위한 전력량 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부하가 소비하는 총 전력량에서 외부 전원이 공급하는 전력량을 감산하여 재생 에너지 발전 장치가 공급하는 전력량을 산출함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공하기 위한 전력량 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 부하가 소비하는 총 전력량에서 재생 에너지 발전 장치가 공급하는 전력량을 감산하여 외부 전원이 공급하는 전력량을 산출함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공하기 위한 전력량 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치는 외부 전원 및 재생 에너지 발전 장치를 통해 전력을 공급받는 하나 이상의 부하를 포함하는 전력 시스템의 전력량을 모니터링하는 장치에 있어서, 분전반으로부터 상기 하나 이상의 부하가 소비하는 총 전력량인 제1 전력량을 수신하는 수신부 및 상기 제1 전력량을 기초로 상기 하나 이상의 부하의 개별 전력량인 제2 전력량을 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 비침입 부하 모니터링 방법을 이용함으로써 부하의 개별 전력량을 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 수신부가 외부 전원 또는 재생 에너지 발전 장치로부터 전력량을 수신함으로써 시스템 구축 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 산출부가 외부 전원 또는 재생 에너지 발전 장치의 공급 전력량을 산출함으로써 시스템 구축 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 부하가 소비하는 총 전력량에서 외부 전원이 공급하는 전력량을 감산하여 재생 에너지 발전 장치가 공급하는 전력량을 산출함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 부하가 소비하는 총 전력량에서 재생 에너지 발전 장치가 공급하는 전력량을 감산하여 외부 전원이 공급하는 전력량을 산출함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전력량 모니터링 장치가 분전반과 연결된 모습을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치가 분전반, 외부 전원 계량기 및 재생 에너지 계량기로부터 전력량을 수신하는 모습을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치가 분전반 및 외부 전원 계량기로부터 전력량을 수신하는 모습을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치가 분전반 및 재생 에너지 계량기로부터 전력량을 수신하는 모습을 도시한 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치(100)를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치(100)는 수신부(110), 산출부(120) 및 출력부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 전력량 모니터링 장치(100)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치(100)가 분전반(700), 외부 전원 계량기(400) 및 재생 에너지 계량기(500)로부터 전력량을 수신하는 모습을 도시한 도면이다 이하 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치(100)를 설명하도록 한다.
수신부(110)는 분전반(700)으로부터 하나 이상의 부하(600)가 소비하는 전력 정보인 제1 전력량을 수신할 수 있다. 또한, 수신부(110)는 외부 전원(300)으로부터 전력 시스템에 공급되는 제3 전력량을 외부 전원 계량기(400)로부터 수신할 수 있다. 일 실시예로, 부하(600)는 가정 내에 설치된 전자기기일 수 있고, 외부 전원(300)은 전력을 생산하여 전력 시스템에 공급하는 발전소 또는 변전소일 수 있다. 전력 시스템은 가정 내의 계량기, 전자기기 등으로 이루어진 집합체를 의미한다. 외부 전원 계량기(400)는 외부 전원(300)으로부터 전력 시스템에 공급되는 제3 전력량을 측정하는 스마트 미터일 수 있다.
한편, 수신부(110)는 재생 에너지 발전 장치(200)로부터 전력 시스템에 공급되는 제4 전력량을 수신할 수 있다. 수신부(110)는 제4 전력량을 재생 에너지 발전 장치(200)로부터 직접 수신할 수도 있고, 재생 에너지 계량기(500)로부터 수신할 수도 있다. 재생 에너지는 화석연료와 원자력을 대체할 수 있는 무공해 에너지로서, 태양 에너지, 풍력, 수력, 바이오 에너지 등이 있다. 재생 에너지 발전 장치(200)는 재생 에너지를 생산할 수 있는 장치이고, 전력 시스템의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 재생 에너지 계량기(500)는 재생 에너지 발전 장치(200)와 연결되어 재생 에너지 발전 장치(200)에서 생산되는 전력량을 측정하고 송신할 수 있는 장치이다.
산출부(120)는 제1 전력량을 기초로 하나 이상의 부하(600)의 개별 전력량인 제2 전력량을 산출할 수 있다. 일 실시예로 산출부(120)는 상기 제1 전력량의 피상 전력량, 유효 전력량 및 역률을 산출하고, 상기 피상 전력량, 상기 유효 전력량 및 상기 역률에 기초하여 상기 제2 전력량을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로 산출부(120)는 수신부(110)에 의해 측정된 전기적 특성의 변화를 분석하고, 분석 결과에 기초하여 전력 소비 주체로서의 가전 기기를 식별할 수 있다. 또한, 산출부(120)는 식별된 해당 가전 기기의 소비 전력을 예측할 수 있다. 이를 위해 산출부(120)는 데이터 수집부, 데이터 처리부, 이벤트 검출부, 특징 추출부, 장치 식별부, 전력 판단부를 포함한다.
데이터 수집부는 수신부(110)로부터 수신한 로우 데이터(Raw Data)를 캡처한다. 데이터 처리부는 데이터 수집부에 의해 캡처된 로우 데이터를 대상으로 하여, 전류 신호를 전압 신호에 정렬시켜서 적절한 위상 관계를 확보한다. 또한, 표준화를 위해 데이터를 일반화하고, 하모닉스 특징(예를 들면 전류 하모닉 전력(Current Harmonic Power, CHP))을 추출하기 위한 필터링을 수행한다. 특히, 제1 전력량의 피상 전력량과 유효 전력량을 구하고, 피상 전력량과 유효 전력량으로부터 역률(力率, Power Factor)을 산출한다.
이벤트 검출부는 데이터 처리부로부터 제공되는 역률의 변화(가전 기기의 온/오프 전환 또는 동작 상태의 전환 등에 기인하는)에 기초하여 가전 기기에서 일어나는 이벤트를 검출한다.
특징 추출부는 이벤트 검출부에서 검출된 이벤트로부터 가전 기기의 온/오프 시점 및 가전 기기의 전력 소비 패턴을 추출한다. 예를 들면, 세탁기는 회전조가 회전할 때와 회전하지 않을 때의 전력 소비 패턴이 크게 차이가 있다. 또한, 세탁 행정과 탈수 행정에서의 회전조의 회전 속도가 크게 차이가 있으므로 이때의 전력 소비 패턴 역시 크게 차이가 있다. 그러나 텔레비전은 파워 온 상태에서는 큰 변화 없이 거의 일정한 전력 소비 패턴을 나타내기 때문에, 앞서 언급한 세탁기와는 그 전력 소비 패턴이 크게 다르다. 특징 추출부는 이벤트 검출부의 이벤트 검출 결과로부터 이와 같은 가전 기기의 전력 소비 패턴의 고유의 특징을 추출한다.
장치 식별부는 특징 추출부에서 추출한 전력 소비 패턴과 레퍼런스 데이터를 비교 분석하여 두 데이터의 일치 여부를 통해 해당 가전 기기의 종류 및 동작 상태를 판단한다. 특히 장치 식별부는 데이터 수집부 및 데이터 처리부에 의해 확보되는 전류 하모닉 전력(CHP)의 계수를 이용하여 복수의 가전 기기가 동시에 사용될 때 복수의 가전 기기가 무엇인지를 식별할 수 있다.
전력 판단부는 장치 식별부에서 식별한 가전 기기의 종류 및 동작 상태를 이용하여 해당 가전기기의 개별 전력량인 제2 전력량을 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치(100)가 분전반(700) 및 외부 전원 계량기(400)로부터 전력량을 수신하는 모습을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 재생 에너지 계량기(500) 또는 재생 에너지 발전 장치(200)의 통신장치에 이상이 있을 경우 제1 전력량 및 제3 전력량을 수신하여 제4 전력량을 산출할 수 있다.
일 실시예로, 산출부(120)는 제1 전력량에서 제3 전력량을 감산하여 제4 전력량을 계산할 수 있다. 제1 전력량은 각 부하(600)에서 소비하는 총 전력량이고 제3 전력량은 외부 전원(300)에서 공급되는 전력량이고 제4 전력량은 재생 에너지 발전 장치(200)에서 공급되는 전력량이다. 따라서, 제3 전력량 및 제4 전력량의 합은 제1 전력량과 동일할 수 있다. 상술한 과정을 정리하면 하기의 <수학식 1>과 같다.
<수학식 1>
Figure pat00001
여기서, P1은 제1 전력량, P3은 제3 전력량, P4는 제4 전력량이다.
한편, 산출부(120)는 수신부(110)를 통해 제4 전력량이 수신되지 않으면 제1 전력량에서 제3 전력량을 감산하여 제4 전력량을 계산할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제4 전력량이 수신되지 않으면 제1 전력량에서 제3 전력량을 감산하여 제4 전력량을 계산함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력량 모니터링 장치(100)가 분전반(700) 및 재생 에너지 계량기(500)로부터 전력량을 수신하는 모습을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 외부 전원 계량기(400)에 이상이 있을 경우 제1 전력량 및 제4 전력량을 수신하여 제3 전력량을 산출할 수 있다.
일 실시예로, 산출부(120)는 제1 전력량에서 제4 전력량을 감산하여 제3 전력량을 계산할 수 있다. 제1 전력량은 각 부하(600)에서 소비하는 총 전력량이고 제3 전력량은 외부 전원(300)에서 공급되는 전력량이고 제4 전력량은 재생 에너지 발전 장치(200)에서 공급되는 전력량이다. 따라서, 제3 전력량 및 제4 전력량의 합은 제1 전력량과 동일할 수 있다. 상술한 과정을 정리하면 하기의 <수학식 2>과 같다.
<수학식 2>
Figure pat00002
여기서, P1은 제1 전력량, P3은 제3 전력량, P4는 제4 전력량이다.
한편, 산출부(120)는 수신부(110)를 통해 제3 전력량이 수신되지 않으면 제1 전력량에서 제4 전력량을 감산하여 제3 전력량을 계산할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 전력량이 수신되지 않으면 제1 전력량에서 제4 전력량을 감산하여 제3 전력량을 계산함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공할 수 있는 효과가 있다.
출력부(130)는 제1 전력량, 제2 전력량, 제3 전력량 및 제4 전력량 중 하나 이상을 출력할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전력량, 제2 전력량, 제3 전력량 및 제4 전력량 중 하나 이상을 출력함으로써 사용자는 각각의 전력량을 한 번에 파악할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 비침입 부하 모니터링 방법을 이용함으로써 부하의 개별 전력량을 산출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 수신부가 외부 전원 또는 재생 에너지 발전 장치로부터 전력량을 수신함으로써 시스템 구축 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 산출부가 외부 전원 또는 재생 에너지 발전 장치의 공급 전력량을 산출함으로써 시스템 구축 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 부하가 소비하는 총 전력량에서 외부 전원이 공급하는 전력량을 감산하여 재생 에너지 발전 장치가 공급하는 전력량을 산출함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 부하가 소비하는 총 전력량에서 재생 에너지 발전 장치가 공급하는 전력량을 감산하여 외부 전원이 공급하는 전력량을 산출함으로써 통신 장치의 고장 시에도 전력량을 제공할 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (5)

  1. 외부 전원 및 재생 에너지 발전 장치를 통해 전력을 공급받는 하나 이상의 부하를 포함하는 전력 시스템의 전력량을 모니터링하는 전력량 모니터링 장치에 있어서,
    분전반으로부터 상기 하나 이상의 부하가 소비하는 전력 정보인 제1 전력량을 수신하는 수신부; 및
    상기 제1 전력량을 기초로 상기 하나 이상의 부하의 개별 전력량인 제2 전력량을 산출하는 산출부
    포함하는 전력량 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는
    상기 제1 전력량의 피상 전력량, 유효 전력량 및 역률을 산출하고, 상기 피상 전력량, 상기 유효 전력량 및 상기 역률에 기초하여 상기 제2 전력량을 산출하는 전력량 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 외부 전원으로부터 상기 전력 시스템에 공급되는 제3 전력량을 외부 전원 계량기로부터 수신하고
    상기 산출부는
    상기 제1 전력량에서 상기 제3 전력량을 감산하여 상기 재생 에너지 발전 장치로부터 상기 전력 시스템에 공급되는 제4 전력량을 계산하는 전력량 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    재생 에너지 계량기로부터 제4 전력량을 수신하고
    상기 산출부는
    상기 제1 전력량에서 상기 제4 전력량을 감산하여 제3 전력량을 계산하는 전력량 모니터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력량, 상기 제2 전력량, 제3 전력량 및 제4 전력량 중 하나 이상을 출력하는 출력부를 더 포함하는 전력량 모니터링 장치.
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