KR20170105958A - 인공지능형 분전반 - Google Patents

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KR20170105958A
KR20170105958A KR1020160029404A KR20160029404A KR20170105958A KR 20170105958 A KR20170105958 A KR 20170105958A KR 1020160029404 A KR1020160029404 A KR 1020160029404A KR 20160029404 A KR20160029404 A KR 20160029404A KR 20170105958 A KR20170105958 A KR 20170105958A
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Abstract

본 발명은 인공지능형 분전반에 관한 것으로, 수용가의 개별 부하의 전력소비정보를 감시하도록 개별 부하 측 부하선로에 설치되는 부하감시수단과, 개별 부하로 투입되는 전력을 차단 또는 복구하도록 개별 부하 측 부하선로에 설치되는 개별부하 계폐기와, 분기로에 설치되어 전원을 충전 또는 방전 가능한 에너지저장장치(ESS)와, 상기 부하감시수단을 통해 감시되는 개별부하의 전력소비정보를 분석하여 선택적으로 상기 에너지저장장치(ESS)를 충전 또는 방전시키거나 상기 개별부하 계폐기의 개폐를 제어하는 연산처리수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 인공지능형 분전반은 주택이나 오피스 등과 같은 수용가에 설치되어 개별 부하로 투입되는 전력을 차단 또는 복구하고 필요에 따라 에너지저장장치(ESS)를 활용하여 최대부하를 낮추어 전기요금을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

인공지능형 분전반 { Artificial Intelligence Type Distribution Panel Board }
본 발명은 인공지능형 분전반에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 전력분배기능은 물론 실시간으로 부하상태를 세분화하여 감시하여 최대부하를 감소시킬 수 있도록 부하전력을 제어하며 사용자에게 전력품질정보를 비롯해 실시간으로 에너지 사용량과 요금 정보를 제공하고 전력계통에 문제가 발생시 인터넷망을 이용하여 이동중인 관리자에게 해당 정보를 신속하게 전송하는 인공지능형 분전반에 관한 것이다.
일반적으로 수용가에 설치된 분전반은, 전기 분전반 또는 전기 배전반으로도 호칭되는 것으로서, 종래의 분전반에서는 과전류 또는 누전전류가 흐르는 경우에 단순히 전원으로부터의 전력을 차단하는 전기차단기만을 구비하고 있다.
이와 같은 종래의 분전반은 전기선로의 분로(分路) 목적으로 사용되고 있는 것으로 전기차단기가 켜지거나 꺼지는 단순한 동작만이 가능하도록 되어 있어, 구비된 전기차단기 자체의 이상(오동작 또는 부동작 등)을 전혀 알 수 없을 뿐만 아니라, 표시 기능이 없어 부하측 선로의 과부하 상태 또는 누전의 상태를 알 수 없으며, 이를 예측하거나 통보하는 기능도 결여되어 있어 수용가에서 이러한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 경보를 발생시킬 수 없다. 또한, 종래의 분전반에는 그 전기차단기의 동작에 관한 정보를 전송할 수 있는 기능이 없어 원격지에서 안전 동작 여부를 감시할 수 없었다.
물론, 이러한 단순한 전기차단기만이 구비된 분전반을 보완하여, 등록특허 제10-0896894호 및 등록특허 제10-1220773호 등을 통해 다양한 기능을 갖는 지능형 분전반이 제안된 바 있다.
그런데 이와 같은 종래의 지능형 분전반의 누전차단기는 트립전류와 트립시간이 고정되어 있어 그 기능이 단순하여 긴급을 요하는 다양한 상황에 적절하고도 신속한 대응이 어렵다.
더욱이 누전차단기가 제대로 동작되지 않는 경우 인명 사고와 화재 발생 우려 역시 큰 문제점이 있다.
따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전력분배기능은 물론 실시간으로 부하상태를 세분화하여 감시하고 최대부하를 감소시킬 수 있도록 부하전력을 제어하는 인공지능형 분전반을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 사용자가 전력품질정보를 비롯해 실시간으로 에너지 사용량과 요금을 한눈에 확인할 수 있고, 전력계통에 문제가 발생시 인터넷망을 이용하여 이동중인 관리자에게 해당 정보를 전송할 수 있는 인공지능형 분전반을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
수용가의 개별 부하의 전력소비정보를 감시하도록 개별 부하 측 부하선로에 설치되는 부하감시수단과, 개별 부하로 투입되는 전력을 차단 또는 복구하도록 개별 부하 측 부하선로에 설치되는 개별부하 계폐기와, 분기로에 설치되어 전원을 충전 또는 방전 가능한 에너지저장장치(ESS)와, 상기 부하감시수단을 통해 감시되는 개별부하의 전력소비정보를 분석하여 선택적으로 상기 에너지저장장치(ESS)를 충전 또는 방전시키거나 상기 개별부하 계폐기의 개폐를 제어하는 연산처리수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반을 제공한다.
이때, 상기 분기개폐기와 개별부하 계폐기는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 부하감시수단은 개별 부하로 공급되는 부하전류를 검출하는 계기용 변류기(CT)와, 개별 부하의 부하전압을 측정하는 계기용 변압기(PT)와, 개별 부하의 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 에너지저장장치(ESS)의 전후단에는 상기 연산처리수단에 의해 개폐가 제어되는 충전용 및 방전용 계폐기가 구비되고, 상기 에너지저장장치(ESS)의 충전전원이 개별 부하로 선택적으로 전원을 공급할 수 있도록 연산처리수단에 의해 개폐가 제어되는 개별방전 개폐기가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 충전용 및 방전용 계폐기와 개별방전 개폐기는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 연산처리수단은 부하감시수단의 계기용 변류기(CT)에서 감지되는 부하전류가 기동초기상태이면 설정시간 동안 방전용 계폐기를 작동시켜 에너지저장장치(ESS)의 충전전원을 주전원과 함께 부하로 공급하고, 설정시간 경과 후 상기 방전용 계폐기를 차단하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 연산처리수단은 상기 부하감시수단의 영상변류기(ZCT)에서 계측되는 누설전류의 파형을 메모리에 설정시간마다 저장하고, 영상변류기(ZCT)에서 새로 검출되는 파형이 메모리에 저장된 파형과 다르면 이상신호로 판단하여 개별부하 계폐기를 설정된 시간단위로 2번 차단과 투입 제어를 반복하고, 영상변류기(ZCT)에서 다시 새로 검출되는 누설전류의 정상여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연산처리수단은 영상변류기(ZCT)에서 다시 새로 검출되는 누설전류의 정상여부를 판단하여 정상이면 개별부하 계폐기를 정상복구시키고, 이상신호이면 개별부하 계폐기를 차단하고 부저를 통해 누설전류 이상신호에 관한 알람을 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 연산처리수단은 상기 누설전류 이상신호를 원격지의 전력관리서버로 전송하고, 상기 전력제어서버는 누설전류 이상신호 메시지를 해당 수용가의 관리자 단말기 및 사용자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 연산처리수단은 사용자가 조작부 또는 IHD(In home Display)를 통해 임계전류의 설정이 이루어지면, 상기 부하감시수단의 계기용 변류기(CT)에서 검출되는 부하전류의 파형을 설정시간마다 메모리에 저장하고, 이후 검출된 부하전류의 파형이 메모리에 저장된 부하전류의 파형과 다른 파형이면 이상신호로 판단하여 개별부하 계폐기를 설정된 시간단위로 2번 차단과 투입 제어를 반복하고, 계기용 변류기(CT)에서 다시 새로 검출되는 부하전류의 정상여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연산처리수단은 부하전류가 정상이면 개별부하 계폐기를 정상복구시키고, 이상신호가 계속검출되면 개별부하 계폐기를 차단하고 부저를 통해 알람을 출력하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 연산처리수단은 상기 부하전류 이상신호를 원격지의 전력관리서버로 전송하고, 상기 전력제어서버는 부하전류 이상신호 메시지를 해당 수용가의 관리자 단말기 및 사용자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연산처리수단은 상기 부하감시수단으로부터 계측되는 부하전류의 임계값이 초과하면 상기 에너지저장장치(ESS)의 충전 전원을 개별부하에 선택적으로 공급하도록 상기 개별부하 계폐기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 연산처리수단은 상기 부하감시수단으로부터 부하전류의 최댓값, 최젓값, 평균값을 상시 감시하여 주기적으로 전력관리서버로 전송하며, 상기 전력관리서버는 사용자가 해당 수용가의 실시간 전력품질, 에너지 사용량과 요금 등의 정보를 수용가 전력정보로 가공하여 해당 수용가의 거주자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 수용가 내에는 인체감지센서가 하나 이상 구비되며, 사용자가 조작부를 통해 재실감지기능을 설정하면 연산처리수단은 하나 이상의 인체감지센서에서 인체감지신호를 감지하여 설정시간 동안 감지되지 않으면 복수의 개별부하 계폐기 중 일부를 트립시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수용가 내에는 인체감지센서가 하나 이상 구비되며, 사용자가 조작부를 통해 방범기능을 설정하면 상기 연산처리수단의 제어부는 인체감지센서에서 인체감지신호가 감지되는지를 감시하고 방범기능 동작중에 인체감지신호가 감지되면 무단침입감지 메시지를 생성하여 전력관리서버로 전송하고, 전력제어서버는 무단침입감지 메시지를 해당 수용가의 거주자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고 사용자가 조작부를 통해 상시전원이 필요한 상시 부하를 제외한 전등 및 전열 부하를 동시에 차단 또는 복귀할 수 있도록 일괄제어를 설정하면 상기 연산처리수단은 해당 개별부하 계폐기를 그룹화하여 일괄 제어하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 사용자 단말기를 통해 상시전원이 필요한 상시 부하를 제외한 전등 및 전열 부하를 동시에 차단 또는 복귀할 수 있도록 일괄제어 요청정보를 전력제어서버로 전송하면 상기 전력제어서버는 설정된 수용가의 분전반으로 상기 일괄제어 요청정보를 전송하며 상기 연산처리수단은 해당 개별부하 계폐기를 그룹화하여 일괄 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연산처리수단은 수용가의 부하에 관한 정보를 상기 전력제어서버로 전송하며, 상기 전력제어서버는 해당 수용가의 전력사용량 정보 및 수요예측 정보를 가공하여 해당 수용가의 거주자 단말기로 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 연산처리수단은 복수의 전등부하 또는 전열부하의 전원투입 및 차단을 일괄제어하기 위한 일괄 전등 또는 전열스위치로부터 일괄제어신호가 입력되면 복수의 전등부하 또는 전열부하의 개별보조 개폐기를 개폐제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인공지능형 분전반은 주택이나 오피스 등과 같은 수용가에 설치되어 개별 부하로 투입되는 전력을 차단 또는 복구하고 필요에 따라 에너지저장장치(ESS)를 활용하여 최대부하를 낮추어 전기요금을 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력분배기능뿐만 아니라 사용자가 전력품질정보를 비롯해 실시간 에너지 사용량과 요금을 사용자가 확인 가능하고, 임계누설전류와 한계누설전류를 설정하여 사용자의 안전을 환경조건에 따라 설정하여 사용할 수 있고, 위험 감지시 인터넷망을 이용하여 이동중인 관리자 또는 사용자의 단말기로 정보를 전송하여 신속한 관리 및 재해예방이 이루어지도록 유도하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인공지능형 분전반의 전체 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인공지능형 분전반의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 부하감시수단의 상세 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 인공지능형 분전반을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 3에 의하면, 본 발명에 따른 인공지능형 분전반은 주택이나 오피스 등과 같은 수용가에 설치된다. 각 수용가에 설치되는 인공지능형 분전반(100)은 전력분배기능 뿐만 아니라 사용자가 전력품질정보를 비롯해 실시간 에너지 사용량과 요금을 한눈에 살펴볼 수 있고, 실시간으로 부하상태의 최댓값, 최젓값, 평균값을 상시 감시하며 냉장고, 에어컨 등의 L성분의 특성부하가 기동할 경우 내장된 ESS(Electric Storage System) 장치(102)가 작동하여 최대부하를 감소시켜 전기요금을 절감시켜준다.
더욱이 본 발명은 임계누설전류와 한계누설전류를 설정하여 사용자의 안전을 환경조건에 따라 설정하여 사용할 수 있도록 기능을 보완하고, 위험 감지시 신속한 관리 및 재해예방 체계를 갖추기 위해 인공지능형 분전반(100) 내부에서 위험이 감지되는 경우 인터넷망을 이용하여 이동중인 관리자가 휴대하고 있는 스마트폰이나 PDA 등의 관리자 단말기(200)로 정보를 전송하여 신속한 대처가 이루어지도록 한다.
한편, 수용가의 인입구에는 전력망에서 수용가 내로 주전원을 투입하거나 차단하는 주개폐기(101)가 주선로(101a)에 설치되며, 수용가 내에는 복수의 개별 부하로 전원을 투입하거나 차단하는 복수의 분기개폐기(102)가 분기로(102a)에 설치된다.
이와 같은 수용가에 설치되는 본 발명에 따른 인공지능형 분전반(100)은 수용가의 개별 부하의 전력소비정보를 감시하도록 개별 부하 측 부하선로(103a)에 설치되는 부하감시수단(110)과, 개별 부하로 투입되는 전력을 차단 또는 복구하도록 개별 부하 측 부하선로(103a)에 설치되는 개별부하 계폐기(120)와, 분기로(102a)에 설치되어 전원을 충전 또는 방전 가능한 에너지저장장치(ESS)(130)와, 상기 부하감시수단(110)을 통해 감시되는 개별부하의 전력소비정보를 분석하여 선택적으로 상기 에너지저장장치(ESS; Electric Storage System)(130)을 충전 또는 방전시키거나 상기 개별부하 계폐기(110)의 개폐를 제어하는 연산처리수단(140)으로 구성된다.
이 같은 구성에 의하면 일반가정에서 전력소모가 가장 큰 부하는 주로 냉장고, 김치냉장고, 세탁기, 에어컨 등으로서 에너지 절감을 위해 효율이 변하는 전압제어, 주파수 제어를 하지 않고 정상운전을 하면서도 에너지를 절감할 수 있다. 즉, 부하가 기동할 때에는 에너지저장장치(ESS)(130)를 활용하여 최대부하를 낮추어 누진요금을 절약할 수 있다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
우선, 상기 분기개폐기(102)와 개별부하 계폐기(120)는 릴레이로 구성함도 가능하나 응답속도가 빠르고 대전력을 미소한 압력으로 제어할 수 있을 뿐 아니라 수명이 반영구적인 SCR(Silicon Controlled Rectifier)을 사용함으로써 신속한 전력의 투입 및 차단을 수행할 수 있다.
그리고 상기 에너지저장장치(ESS : Energy Storage System)(130)는 리튬전지와 같은 기존의 중소형 2차 전지를 대형화하거나 회전에너지, 압축공기 등 기타 방식으로 대규모 전력을 저장하는 장치이다.
한편, 상기 부하감시수단(110)은 개별 부하의 전력소비정보를 감시하기 위해 제어하고자 하는 개별 부하의 분기선로에 선택적으로 설치 가능한 것으로, 개별 부하로 공급되는 부하전류를 검출하는 계기용 변류기(CT)(111)를 포함한다.
물론 상기 부하감시수단(110)은 개별 부하의 부하전압을 측정하는 계기용 변압기(PT)(112)와, 개별 부하의 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)(113)를 더 포함할 수 있다.
이때 계기용 변류기(CT)(111)에서 검출되는 부하전류는 운전상태에 따라 기동전류, 운전전류, 대기전류로 분류한다. 이와 같이 분류한 이유는 운전전류와 대기전류는 한전전원을 사용하고, 기동전류는 ESS(130)의 충전전원을 사용하기 위함이다.
이와 같이 부하감시수단(110)의 계기용 변류기(CT)(111)에서 측정되는 부하전류는 연산처리수단(140)으로 입력되며, 상기 연산처리수단(140)은 개별부하로 공급되는 전류의 흐름을 감시한다.
이때 상기 연산처리수단(140)은 제어부(141)와 메모리(142)와 별개로 구성되거나 또는 메모리가 내장된 마이컴으로 구성할 수 있다. 이와 같은 연산처리수단(140)은 부하전류 입력시 운전대기상태 전류평균값, 운전상태 전류평균값, 기동초기상태 전류평균값으로 분류하여 각각의 수치를 메모리(142)에 저장한다.
한편, 분기로(102a)에는 에너지저장장치(ESS)(130)와 인버터(132)가 구비되어 주전원과 ESS(130)의 충전전원을 교체사용할 수 있도록 회로를 구성한다. 이 경우 에너지저장장치(ESS)(130)의 전후단에는 충전용 및 방전용 계폐기(133,134)가 구비되어 충전용 계폐기(133)가 작동되면 주전원이 에너지저장장치(ESS)(130)로 투입되어 충전되며 충전이 완료된 후 충전전원을 부하로 공급하고자 하는 경우에는 방전용 계폐기(134)를 작동시키도록 운영할 수 있다. 물론 상기 충전용 및 방전용 계폐기(133,134)의 제어는 연산처리수단(140)의 제어부(141)에 의해 이루어진다.
이 경우 개별 부하로 선택적으로 전원을 공급할 수 있도록 연산처리수단(140)에 의해 개폐가 제어되는 개별방전 개폐기(136)가 구비되며, 이를 통해 특정 개별부하 예를 들어 전열부하 또는 전등부하 선로로 선택적으로 전원공급을 수행할 수 있다.
물론 상기 충전용 및 방전용 계폐기(133,134)와 개별방전 개폐기(136) 역시 SCR(Silicon Controlled Rectifier)을 사용함으로써 신속한 전력의 투입 및 차단을 수행할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면 상기 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 부하감시수단(110)의 계기용 변류기(CT)(111)에서 감지되는 부하전류가 운전대기상태에서 갑자기 증가하면 기동초기상태로 인식하고 이때 설정시간(예를 들어 2분) 동안 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전전원을 개별 부하로 공급하며, 설정된 시간이 경과한 후에는 주전원이 공급되도록 전력계통을 교체 운전하도록 제어한다.
즉, 부하전류가 운전대기상태에서 갑자기 증가하면 방전용 계폐기(134)를 작동시켜 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전전원을 주전원과 함께 부하로 공급하고, 이후 설정시간 경과 후에는 방전용 계폐기(134)를 차단하여 주전원만 부하로 공급하도록 제한다.
한편, 건축물은 노후상태에 따라 누설 위험도가 다를 수 있으며, 이에 본 발명은 개별부하의 누설전류를 임계누설전류와 한계누설전류로 세부적으로 분류하여 어떠한 환경에서도 위험시 즉각 동작될 수 있도록 한다.
우선 개별 부하의 누설전류를 감지하기 위해 상기 부하감시수단(110)은 개별 부하의 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)(113)를 더 포함하고 있음은 전술한 바 있다.
상기 임계누설전류는 개별 부하선로(103a)에서 현재 누설되는 전류값을 의미하며, 상기 한계누설전류는 임계값으로 설정된 누설전류보다 높은 차단예상 누설전류이다. 이때, 개별부하 계폐기(120)의 차단을 위한 트립전류는 임계값과 한계값을 합한 값으로 설정할 수 있다. 예를 들어 현재 부하의 누설전류가 10 mA이고, 예상누설전류가 5 mA인 경우 15 mA 누설전류가 흐르면 누전차단기능이 동작되도록 개별부하 계폐기(120)를 차단하며, 이를 통해 부하전류를 5 ms 이내로 차단시킨다.
이를 위해 상기 영상변류기(ZCT)(113)에서 누설전류의 파형을 설정시간(예를 들어 30분) 마다 측정하여 연산처리수단(140)의 메모리(142)에 저장한다. 이때 누설전류가 소량 흐르거나 흐르지 않는 상태의 파형은 정상파형(또는 유사파형) 값으로 저장한다. 이후 영상변류기(ZCT)(113)에서 검출되는 파형 중에서 먼저 입력된 누설전류의 파형과 동일하거나 또는 유사한 파형이 연산처리수단(140)에 입력되면 제어부(141)는 메모리(142)에서 먼저 저장된 파형은 삭제하여 일정분만큼의 데이터만 저장하여 비교할 수 있는 데이터 용량을 줄여줌이 바람직하다. 물론 상기 연산처리수단(140)은 영상변류기(ZCT)(113)에서 검출된 누설전류의 파형이 메모리(142)에 저장된 누설전류의 파형과 다른 파형이면 이상신호로 판단하여 개별부하 계폐기(120)를 설정된 시간단위(예를 들어 10초)로 2번 차단과 투입(전원투입과 트립) 제어를 반복한다. 이후 상기 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 누설전류가 정상인 경우에는 개별부하 계폐기(120)를 정상복구시키고, 이상신호가 계속검출시에는 개별부하 계폐기(120)를 차단하고, 부저(143)를 통해 알람을 출력하고 사용자가 휴대하고 있는 스마트폰과 같은 사용자 단말기(202)으로 이를 알린다.
이를 위해 상기 연산처리수단(140)은 통신부(144)를 구비하며, 상기 통신부(144)를 통해 분전반(100)의 누설전류 이상신호를 원격지의 전력관리서버(300)로 전송하고, 전력제어서버(300)에서 SMS 등을 통해 누설전류 이상신호 메시지를 해당 수용가의 거주자의 스마트폰 등의 사용자 단말기(202)로 분전반의 이상신호를 알려주어 직접 확인할 수 있도록 한다.
물론 상기 전력관리서버(300)는 거주자 단말기(202)는 물론 이동하며 수용가의 관리자 단말기(200)로 누설전류 이상신호 메시지를 인터넷망을 이용하여 전송하여 신속한 사고 대처 및 예방이 이루어지도록 한다.
한편, 상기 연산처리수단(140)은 과전류 차단기능을 수행할 수 있다. 이 경우 개별 부하의 부하전류를 임계전류와 한계전류로 세부적으로 분류하여 위험시 즉각 동작될 수 있도록 한다.
이때, 임계전류는 일상적으로 사용하고 있는 평균전류를 사용자가 트립으로 설정한 수치로서, 계기용 변류기(CT)(111)에서 검출되는 부하전류는 연산처리수단(140)에 수집되어 메모리(142)에 저장된다. 이 경우 부하전류는 설정시간(예를 들어 30분)마다 반복하여 검출하여 RMS(Root Mean Square) 평균값으로 계산하여 저장한다. 상기 임계값으로 설정한 동작시간은 0 ~ 60초 이내로 함이 바람직하다. 예를 들어, 수용가의 전체설비가 220V, 30A이고 평상시 사용전류가 20A일 때, 20A를 임계전류로 설정한다.
이와 같은 임계전류의 설정은 사용자가 조작부(145)를 통해 설정할 수 있으며, 필요에 따라 통신부(144)를 통해 RS485 통신 등의 방식으로 연결되는 IHD(In home Display)(150)를 통해 입력할 수도 있다.
그리고 한계전류는 평균전류 이상 사용자가 트립값으로 설정한 수치로서, 전선의 허용전류, 부하설계 전류를 참고하여 설정한다. 예를 들어 수용가의 전체설비가 220V, 30A이고 평상시 사용전류 20A일 때 10A를 한계전류로 설정한다. 상기 한계값으로 설정한 전류가 10A를 초과할 때 0 ~ 20초 이내에 부하를 차단한다. 이때, 부하로의 전원투입을 차단하기 위한 트립전류는 임계전류와 한계전류를 더한 값으로 설정할 수 있다. 예를 들어 임계전류가 20A이고 한계전류가 10A인 경우 30A가 주회로를 통해 수용가 내로 투입되면 과전류로 판단하여 개별부하 계폐기(120)들을 차단시킨다.
이를 위해 상기 계기용 변류기(CT)(111)에서 검출되는 부하전류의 파형을 설정시간(예를 들어 30분) 마다 측정하여 연산처리수단(140)의 메모리(142)에 저장한다. 이때 부하에서 사용중인 부하전류는 임계값 이내의 것으로 정상파형(또는 유사파형) 값으로 저장한다. 이후 계기용 변류기(CT)(111)에서 검출되는 파형 중에서 먼저, 입력된 부하전류의 파형과 동일하거나 또는 유사한 파형이 연산처리수단(140)에 입력되면 메모리(142)에서 먼저 저장된 파형은 삭제하여 일정분만큼의 데이터만 저장하여 비교할 수 있는 데이터 용량을 줄여줌이 바람직하다. 물론 상기 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 계기용 변류기(CT)(111)에서 검출된 부하전류의 파형이 메모리(142)에 저장된 부하전류의 파형과 다른 파형이면 이상신호로 판단하여 개별부하 계폐기(120)를 설정된 시간단위(예를 들어 10초)로 2번 차단과 투입(전원투입과 트립) 제어를 반복한다. 이후 상기 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 부하전류가 정상인 경우에는 개별부하 계폐기(120)를 정상복구시키고, 이상신호가 계속검출시에는 개별부하 계폐기(120)를 차단하고 부저(143)를 통해 알람을 출력한다. 물론 이와 같은 이상신호는 사용자 단말기(202)로도 전송하여 사용자에게 알린다.
이를 위해 상기 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 통신부(144)를 통해 분전반(100)의 부하전류 이상신호를 원격지의 전력관리서버(300)로 전송하고, 전력제어서버(300)에서 SMS 등을 통해 이상신호 메시지를 해당 수용가 거주자의 스마트폰 또는 관리자 등의 휴대용 단말기(200,202)로 분전반(100)의 이상신호를 알려주어 직접 확인 및 대처할 수 있도록 한다.
이 경우 상기 통신부(144)는 원격지의 전력관리서버(300)와 연결되는 지능형전력량계(AMI)(160)와 zigbee 등의 통신모듈을 이용한 양방향통신을 통해 데이터 전송을 수행할 수 있다.
한편, 개별 부하는 거실전원, 룸(Room), 주방, 에어컨, 상시용 전열 등의 부하로서 전열부하와 전등부하로 구분될 수 있으며, 임계값을 초과하면 부분적으로 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전 전원을 개별부하로 공급하도록 개별부하 계폐기(120)를 제어할 수 있다.
즉, 예를 들어 부하가 전열부하 15A(4개 분기회로) 전등부하 5A(2개분기회로)이고, 평균부하 20A를 임계전류값으로 설정한 경우 감지된 부하전류가 임계전류값을 초과하면 전등부하 1개 회로는 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전 전원을 공급하여 최대전류를 줄여준다. 이때, 에너지저장장치(ESS)(130)의 배터리 사용시간은 내장된 밧데리 용량 이내로 설정함이 바람직하다.
이에 더해 전등부하 1개 회로에 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전 전원을 공급하고도 임계전류값을 초과할 때에는 나머지 1개 전동부하에도 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전 전원을 공급하도록 해당 부하의 개별보조 개폐기(120)를 동작시키며, 이때 에너지저장장치(ESS)(130)의 배터리 사용시간은 내장된 배터리 용량 이내로 설정함이 바람직하다.
이와 같은 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전 전원을 필요에 따라 사용할 수 있도록 하기 위해 에너지저장장치(ESS)(130)는 전기요금이 저렴한 심야 시간대 또는 최소부하로 판단되는 경우 충전함이 바람직하며, 운전중 최대부하가 감소되면 다시 한전전원인 주전원으로 순차적 복귀하도록 제어한다.
상기 연산처리수단(140)은 실시간으로 부하전류의 최댓값, 최젓값, 평균값을 상시 감시하여 주기적으로 원격지의 전력관리서버(300)로 전송하며 이를 사용자가 해당 수용가의 실시간 전력품질, 에너지 사용량과 요금 등의 정보를 한눈에 살펴볼 수 있도록 수용가 전력정보로 가공하여 해당 수용가의 거주자 단말기(202)로 전송한다.
또한, 상기 연산처리수단(140)은 수용가 내에 구비되어 복수의 전등부하 또는 전열부하의 전원투입 및 차단을 일괄제어하기 위한 일괄 전등 및 전열스위치(180,181)로부터 일괄제어신호가 입력되면 복수의 전등부하 또는 전열부하의 해당 개별보조 개폐기(120)를 개폐제어한다.
예를 들어 일괄 전등스위치(180)를 온(ON)시키면 연산처리수단(140)은 개별보조 개폐기(120)를 작동시켜 해당되는 모든 전등부하로 전원을 투입하고, 일괄 전열스위치(181)를 온(ON)시키면 연산처리수단(140)은 개별보조 개폐기(120)를 작동시켜 모든 전열부하로 전원을 투입한다. 물론 일괄 전등스위치(180)를 오프(OFF)시키면 연산처리수단(140)은 개별보조 개폐기(120)를 작동시켜 해당되는 모든 전등부하로 투입되는 전원을 차단하고, 일괄 전열스위치(181)를 오프(OFF)시키면 연산처리수단(140)은 해당되는 개별보조 개폐기(120)를 작동시켜 모든 전열부하로 투입되는 전원을 차단한다.
한편, 수용가 내에서 거주하는 사용자가 재실감지기능 및 외출시 방범기능을 수행할 수 있도록 하기 위해 수용가 내에 인체감지센서(170)를 구비한다. 이와 같은 인체감지센서(170)는 일 예로 적외선센서로 구성될 수 있으며 하나 이상이 구비될 수 있다.
우선 사용자가 조작부(145)를 통해 재실감지기능을 설정하면 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 하나 이상의 인체감지센서(170)에서 인체감지신호를 감지하여 설정시간 동안 감지되지 않으면 전등부하와 같은 일부 개별부하 계폐기(120)를 선택적으로 트립시킨다.
이 경우 일 예로 방학 여행 등 가족의 스케줄에 따라서 필요한 시간대별, 일별, 주간별로 설정 가능하며, 또한 물체의 움직임이 없을 때에는 자동으로 개별부하 계폐기(120)를 제어 가능하다. 일 예로 연산처리수단(140)은 물체의 움직임이 없어 인체감지센서(170)로부터 인체감지신호가 설정시간(예를 들어 10분)입력되지 않으면 개별 부하인 전등부하의 전원공급을 차단하여 전등을 자동으로 소등하고, 움직임이 감지되면 다시 전등부하의 전원공급을 수행하여 점등시키도록 제어할 수 있다.
물론 사용자는 외출중에도 사용자 단말기(202)를 통해 재실감지기능을 설정할 수 있으며, 이와 같은 재실감지기능 요청정보는 전력제어서버(300)로 전송되어 설정된 수용가의 분전반으로 전송되어 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 인체감지센서(170)에서 인체감지신호가 감지되는지를 감시하는 재실감지기능을 수행할 수 있다.
다음으로, 사용자가 조작부(145)를 통해 방범기능을 설정하면 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 인체감지센서(170)에서 인체감지신호가 감지되는지를 감시하고 방범기능 동작중에 인체감지신호가 감지되면 무단침입감지 메시지를 생성하여 통신부(144)를 통해 전력관리서버(300)로 전송하고, 전력제어서버(300)에서 인터넷을 통한 다양한 형태의 데이터 또는 SMS 등을 통해 무단침입감지 메시지를 해당 수용가의 거주자 단말기(202)로 전송한다.
그리고 사용자는 외출중에도 거주자 단말기(202)를 통해 방범기능을 설정할 수 있으며, 이와 같은 방범기능 요청정보는 전력제어서버(300)로 전송되어 설정된 수용가의 분전반(100)의 연산처리수단(140)으로 전송되고 제어부(141)는 인체감지센서(170)에서 인체감지신호가 감지되는지를 감시하는 방범기능을 수행할 수 있다.
또한, 사용자가 조작부(145)를 통해 냉장고 등의 상시전원이 필요한 상시 부하를 제외한 수용가 전체의 전등 및 전열 부하를 동시에 차단 또는 복귀할 수 있도록 일괄제어를 설정할 수 있고, 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 그에 따라 해당되는 개별부하 계폐기(120)를 그룹화하여 일괄 제어한다.
물론 사용자는 외출중에도 사용자 단말기(202)를 통해 일괄제어기능을 설정할 수 있으며, 이와 같은 일괄제어 요청정보는 전력제어서버(300)로 전송되어 설정된 수용가의 분전반(100)으로 재전송되어 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 일괄 제어 기능을 수행할 수 있다.
이때, 사용자는 각수용가별 분전반(100)의 부하를 취침시간대, ROOM 이용 시간대를 입력하여 스케쥴 제어기능을 수행할 수 있다.
아울러, 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 이와 같은 일련의 정보를 전력제어서버(300)로 전송하면 전력제어서버(300)는 해당 수용가의 전력사용량 정보 및 수요예측 정보를 가공하여 해당 수용가의 거주자 단말기(202)로 전송하여 누진요금 발생 전에 사용자에게 전송하여 알려줄 수 있으며, 이와 같은 정보는 알람정보를 더 포함할 수 있다.
즉, 전력제어서버(300)는 전력사용량 정보 및 수요예측 정보 등의 에너지 데이터를 적극 수집하여 사용자에게 제공함으로써 사용자가 편리하게 전력소비패턴 변화를 분석할 수도 있도록 한다.
이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.
100: 분전반 110: 부하감시수단
120: 개별부하 계폐기 130: 에너지저장장치
140: 연산처리수단 150: IHD(In home Display)
200: 관리자 단말기 202: 사용자 단말기
300: 전력관리서버

Claims (20)

  1. 수용가의 개별 부하의 전력소비정보를 감시하도록 개별 부하 측 부하선로(103a)에 설치되는 부하감시수단(110)과, 개별 부하로 투입되는 전력을 차단 또는 복구하도록 개별 부하 측 부하선로(103a)에 설치되는 개별부하 계폐기(120)와, 분기로(102a)에 설치되어 전원을 충전 또는 방전 가능한 에너지저장장치(ESS)(130)와, 상기 부하감시수단(110)을 통해 감시되는 개별부하의 전력소비정보를 분석하여 선택적으로 상기 에너지저장장치(ESS)(130)를 충전 또는 방전시키거나 상기 개별부하 계폐기(110)의 개폐를 제어하는 연산처리수단(140)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분기개폐기(102)와 개별부하 계폐기(120)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부하감시수단(110)은 개별 부하로 공급되는 부하전류를 검출하는 계기용 변류기(CT)(111)와, 개별 부하의 부하전압을 측정하는 계기용 변압기(PT)(112)와, 개별 부하의 누설전류를 검출하는 영상변류기(ZCT)(113)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 에너지저장장치(ESS)(130)의 전후단에는 상기 연산처리수단(140)에 의해 개폐가 제어되는 충전용 및 방전용 계폐기(133,134)가 구비되고,
    상기 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전전원이 개별 부하로 선택적으로 전원을 공급할 수 있도록 연산처리수단(140)에 의해 개폐가 제어되는 개별방전 개폐기(136)가 구비되는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 충전용 및 방전용 계폐기(133,134)와 개별방전 개폐기(136)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier)로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 부하감시수단(110)의 계기용 변류기(CT)(111)에서 감지되는 부하전류가 기동초기상태이면 설정시간 동안 방전용 계폐기(134)를 작동시켜 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전전원을 주전원과 함께 부하로 공급하고, 설정시간 경과 후 상기 방전용 계폐기(134)를 차단하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 상기 부하감시수단(110)의 영상변류기(ZCT)(113)에서 계측되는 누설전류의 파형을 메모리(142)에 설정시간마다 저장하고, 영상변류기(ZCT)(113)에서 새로 검출되는 파형이 메모리(142)에 저장된 파형과 다르면 이상신호로 판단하여 개별부하 계폐기(120)를 설정된 시간단위로 2번 차단과 투입 제어를 반복하고, 영상변류기(ZCT)(113)에서 다시 새로 검출되는 누설전류의 정상여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 영상변류기(ZCT)(113)에서 다시 새로 검출되는 누설전류의 정상여부를 판단하여 정상이면 개별부하 계폐기(120)를 정상복구시키고, 이상신호이면 개별부하 계폐기(120)를 차단하고 부저(143)를 통해 누설전류 이상신호에 관한 알람을 출력하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 상기 누설전류 이상신호를 원격지의 전력관리서버(300)로 전송하고, 상기 전력제어서버(300)는 누설전류 이상신호 메시지를 해당 수용가의 관리자 단말기(200) 및 사용자 단말기(202)로 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 사용자가 조작부(145) 또는 IHD(In home Display)(150)를 통해 임계전류의 설정이 이루어지면, 상기 부하감시수단(110)의 계기용 변류기(CT)(111)에서 검출되는 부하전류의 파형을 설정시간마다 메모리(142)에 저장하고, 이후 검출된 부하전류의 파형이 메모리(142)에 저장된 부하전류의 파형과 다른 파형이면 이상신호로 판단하여 개별부하 계폐기(120)를 설정된 시간단위로 2번 차단과 투입 제어를 반복하고, 계기용 변류기(CT)(111)에서 다시 새로 검출되는 부하전류의 정상여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 부하전류가 정상이면 개별부하 계폐기(120)를 정상복구시키고, 이상신호가 계속검출되면 개별부하 계폐기(120)를 차단하고 부저(143)를 통해 알람을 출력하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 상기 부하전류 이상신호를 원격지의 전력관리서버(300)로 전송하고, 상기 전력제어서버(300)는 부하전류 이상신호 메시지를 해당 수용가의 관리자 단말기(200) 및 사용자 단말기(202)로 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 상기 부하감시수단(110)으로부터 계측되는 부하전류의 임계값이 초과하면 상기 에너지저장장치(ESS)(130)의 충전 전원을 개별부하에 선택적으로 공급하도록 상기 개별부하 계폐기(120)를 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 상기 부하감시수단(110)으로부터 부하전류의 최댓값, 최젓값, 평균값을 상시 감시하여 주기적으로 전력관리서버(300)로 전송하며, 상기 전력관리서버(300)는 사용자가 해당 수용가의 실시간 전력품질, 에너지 사용량과 요금 등의 정보를 수용가 전력정보로 가공하여 해당 수용가의 거주자 단말기(202)로 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 수용가 내에는 인체감지센서(170)가 하나 이상 구비되며, 사용자가 조작부(145)를 통해 재실감지기능을 설정하면 연산처리수단(140)은 하나 이상의 인체감지센서(170)에서 인체감지신호를 감지하여 설정시간 동안 감지되지 않으면 복수의 개별부하 계폐기(120) 중 일부를 트립시키는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 수용가 내에는 인체감지센서(170)가 하나 이상 구비되며, 사용자가 조작부(145)를 통해 방범기능을 설정하면 상기 연산처리수단(140)의 제어부(141)는 인체감지센서(170)에서 인체감지신호가 감지되는지를 감시하고 방범기능 동작중에 인체감지신호가 감지되면 무단침입감지 메시지를 생성하여 전력관리서버(300)로 전송하고, 전력제어서버(300)는 무단침입감지 메시지를 해당 수용가의 거주자 단말기(202)로 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  17. 제 1항에 있어서,
    사용자가 조작부(145)를 통해 상시전원이 필요한 상시 부하를 제외한 전등 및 전열 부하를 동시에 차단 또는 복귀할 수 있도록 일괄제어를 설정하면 상기 연산처리수단(140)은 해당 개별부하 계폐기(120)를 그룹화하여 일괄 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  18. 제 1항에 있어서,
    사용자 단말기(202)를 통해 상시전원이 필요한 상시 부하를 제외한 전등 및 전열 부하를 동시에 차단 또는 복귀할 수 있도록 일괄제어 요청정보를 전력제어서버(300)로 전송하면 상기 전력제어서버(300)는 설정된 수용가의 분전반(100)으로 상기 일괄제어 요청정보를 전송하며 상기 연산처리수단(140)은 해당 개별부하 계폐기(120)를 그룹화하여 일괄 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 수용가의 부하에 관한 정보를 상기 전력제어서버(300)로 전송하며, 상기 전력제어서버(300)는 해당 수용가의 전력사용량 정보 및 수요예측 정보를 가공하여 해당 수용가의 거주자 단말기(202)로 전송하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 연산처리수단(140)은 복수의 전등부하 또는 전열부하의 전원투입 및 차단을 일괄제어하기 위한 일괄 전등 또는 전열스위치(180,181)로부터 일괄제어신호가 입력되면 복수의 전등부하 또는 전열부하의 개별보조 개폐기(120)를 개폐제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능형 분전반.
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