KR20180078155A - 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법 - Google Patents

전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180078155A
KR20180078155A KR1020170180623A KR20170180623A KR20180078155A KR 20180078155 A KR20180078155 A KR 20180078155A KR 1020170180623 A KR1020170180623 A KR 1020170180623A KR 20170180623 A KR20170180623 A KR 20170180623A KR 20180078155 A KR20180078155 A KR 20180078155A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
information
unit
control
demand management
Prior art date
Application number
KR1020170180623A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102493198B1 (ko
Inventor
이효섭
최종웅
Original Assignee
주식회사 인코어드 테크놀로지스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020160181779A external-priority patent/KR20180077431A/ko
Application filed by 주식회사 인코어드 테크놀로지스 filed Critical 주식회사 인코어드 테크놀로지스
Priority to KR1020170180623A priority Critical patent/KR102493198B1/ko
Publication of KR20180078155A publication Critical patent/KR20180078155A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102493198B1 publication Critical patent/KR102493198B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/30—Dynamo-electric motor meters
    • G01R11/32—Watt-hour meters
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q20/00—Payment architectures, schemes or protocols
    • G06Q20/08—Payment architectures
    • G06Q20/14—Payment architectures specially adapted for billing systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
    • Y04S50/10—Energy trading, including energy flowing from end-user application to grid

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Finance (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 전력수요 관리 시스템은, 복수의 전력-선구매 가전기기 및 전력수요 관리서버를 포함하며, 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 각각은, 인증키를 관리하는 인증부; 상기 전력수요 관리서버로부터 전력 절감량을 포함하는 전력 소비 제어 신호를 수신하고, 상기 전력 절감량에 따른 제어 정보를 선택하는 제어 설정부; 및 상기 제어 설정부에서 선택한 제어 정보에 기초하여 동작 제어 신호를 생성하는 동작 제어 신호 생성부를 포함하는 전력 소비량 제어부를 포함하며, 상기 수요 관리서버는, 상기 복수의 전력-선구매 가전기기에 전력 절감량을 할당하는 수요 자원 할당부; 상기 복수의 전력-선구매 가전기기의 인증키에 기초하여 상기 전력 소비 제어 신호를 암호화하는 보안부; 및 상기 전력 소비 제어 신호에 따른 전력 소비 절감량을 모니터링하는 절감 관리부를 포함할 수 있다.

Description

전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법{Server, Home Appliance and System Having a Function of Managing Power Demand and Method For Managing Power Usage Thereof}
본 발명은 전력수요 관리 방안에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가입자 혹은 가입자의 가전기기의 전기요금을 미리 예측하여 가전기기의 구매대금/대여금에 선반영하여 구매대금/대여금을 할인하고, 필요시 해당 가전기기가 전기를 절감할 수 있도록 제어하는 서버, 통신 기기 및 서버, 및 그것의 전력 사용 관리 방법에 관한 것이다.
이동통신업체는 휴대 전화 네트워크 서비스와 휴대 전화 기기의 판매를 통합한 서비스를 제공하고 있다. 따라서, 소비자는 다양한 혜택의 서비스 및 다양한 기능/디자인의 휴대 전화 기기들을 할인된 가격으로 구매할 수 있다. 특히, 스마트폰 도입 이후에는 소비자는 이러한 통합 서비스를 통하여 고가의 스마트폰 장비들을 상대적으로 저렴한 월 이용료로 즐길 수 있게 되었다. 이에 따라, 휴대전화는 최초 도입 당시 보조적인 통신 수단으로만 인식되었으나, 기술 발달과 수요 증대에 힘입어 대부분의 사람들이 사용하는 필수 통신 수단으로 자리잡게 되었다.
그러나, 휴대 전화를 제외한 가전기기들은 기기의 사용에 필수적인 사용 요금, 예컨대, 에어컨이나 전열 기구의 경우에 전기 요금과 함께 기기가 판매되는 경우가 극히 드물다. 에어컨이나 전열 기구의 경우, 사용에 따라 상당히 많은 전기 요금이 지불되는데, 이에 따라 소비자는 예상치 못하게 사용을 제약 받게 된다. 또한 소비자는 가전기기에 대하여 통합 서비스를 통한 전기 요금이나 장치 대금의 할인 등의 다양한 혜택을 받을 수가 없었다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가전기기 판매 시 판매 금액에 전기 요금을 포함시켜 판매 및 대여하는 방법 및 이러한 판매 및 대여를 관리하는 방법 및 그 관리 장치를 제공하고자 한다.
또한, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가전기기 사용자의 전력수요 예측 및 수요 응답(Demand Response)에 의한 전기 요금 할인을 가전기기 판매(또는 대여)와 결합시킨 새로운 판매 방법 및 관리 장치를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전력수요 관리 시스템은 복수의 전력-선구매 가전기기 및 전력수요 관리서버를 포함하며, 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 각각은, 인증키를 관리하는 인증부; 상기 전력수요 관리서버로부터 전력 절감량을 포함하는 전력 소비 제어 신호를 수신하고, 상기 전력 절감량에 따른 제어 정보를 선택하는 제어 설정부; 및 상기 제어 설정부에서 선택한 제어 정보에 기초하여 동작 제어 신호를 생성하는 동작 제어 신호 생성부를 포함하는 전력 소비량 제어부를 포함하며, 상기 수요 관리서버는, 상기 복수의 전력-선구매 가전기기에 전력 절감량을 할당하는 수요 자원 할당부; 상기 복수의 전력-선구매 가전기기의 인증키에 기초하여 상기 전력 소비 제어 신호를 암호화하는 보안부; 및 상기 전력 소비 제어 신호에 따른 전력 소비 절감량을 모니터링하는 절감 관리부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어 설정부는 설정 정보, 환경 정보 및 전력 소비량을 각각 포함하는 복수의 단위 정보에 기초하여 상기 제어 정보를 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어 설정부는 현재 설정 정보 및 환경 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 정보 중 현재 단위 정보를 특정하고, 상기 복수의 단위 정보 중 상기 현재 단위 정보의 환경 정보와 일정 오차 내의 환경 정보를 가지는 복수의 제어 후보 단위 정보들을 선택할 수 있다.
또한, 상기 제어 설정부는 상기 현재 단위 정보의 전력 사용량과 상기 복수의 제어 후보 단위 정보의 전력 사용량의 차이값들을 구하고, 상기 차이값들 중 상기 전력 절감량과 가장 가까운 차이값을 가지는 제어 후보 단위 정보를 해당 전력-선구매 가전기기의 제어 정보로서 선택할 수 있다.
또한, 상기 전력수요 관리 시스템은 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나와 전력인입점에서 연결된 전력측정장치를 더 포함하며, 상기 수요 관리서버는, NILM(Non-intrusive load monitoring) 서버를 더 포함하며, 상기 NILM 서버는 상기 전력측정장치에서 측정된 전력량 중 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나의 전력 소비 절감량을 분리하여 상기 절감 관리부에 전송할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전력수요 관리서버는 전력생산업체 서버로부터 전력 감축 신호를 수신하고, 상기 전력 감축 신호에 기초하여 복수의 전력-선구매 가전기기에 목표 전력 절감량을 할당하고 전력 소비 제어 신호를 생성하는 수요 자원 할당부; 상기 복수의 전력-선구매 가전기기에서 보유한 인증키에 기초하여 상기 전력 소비 제어 신호를 암호화하는 보안부; 및 상기 전력 소비 제어 신호에 따른 상기 복수의 전력-선구매 가전기기의 실제 전력 소비 절감량을 모니터링하는 절감 관리부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나와 전력인입점에서 연결된 전력측정장치를 더 포함하며, 상기 전력수요 관리서버는, NILM 서버(Non-intrusive load monitoring)를 더 포함하며, 상기 NILM 서버는 상기 전력측정장치에서 측정된 전력량 중 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나의 전력 소비 절감량을 분리하여 상기 절감 관리부에 전송할 수 있다.
또한, 상기 전력수요 관리서버는 제어 설정부를 더 포함하고, 상기 제어 설정부는 설정 정보, 환경 정보 및 전력 소비량을 각각 포함하는 복수의 단위 정보에 기초하여 제어 정보를 연산할 수 있다.
또한, 상기 제어 설정부는 현재 환경 정보 및 설정 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 정보 중 기준 단위 정보를 특정하고, 상기 기준 단위 정보의 환경 정보와 일정 오차 내의 환경 정보를 가지는 복수의 후보 단위 정보를 선택할 수 있다.
또한, 상기 제어 설정부는 상기 기준 단위 정보의 전력 사용량과 상기 복수의 후보 단위 정보의 전력 사용량의 차이값을 구하고, 상기 차이값 중 상기 전력 절감량에 가장 가까운 값을 가지는 후보 단위 정보를 선택하고 상기 선택된 후보 단위 정보의 설정 정보를 해당 전력-선구매 가전기기의 제어 정보로서 연산할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전력-선구매 가전기기는, 전력 소비량 제어부 및 통신부를 포함하며, 상기 전력 소비량 제어부는, 인증키를 관리하는 인증부; 전력수요 관리서버로부터 상기 통신부를 통하여 전력 소비 제어 신호를 수신하고, 상기 전력 소비 제어 신호에 따라 전력 절감량에 따른 제어 정보를 연산하는 제어 설정부; 및 상기 제어 설정부에서 생성한 제어 정보에 기초하여 동작 제어 신호를 생성하는 동작 제어 신호 생성부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제어 설정부는 설정 정보, 환경 정보 및 전력 소비량을 각각 포함하는 복수의 단위 정보에 기초하여 제어 정보를 연산할 수 있다.
또한, 상기 제어 설정부는 현재 환경 정보 및 설정 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 정보 중 기준 단위 정보를 특정하고, 상기 기준 단위 정보의 환경 정보와 일정 오차 내의 환경 정보를 가지는 복수의 후보 단위 정보를 선택할 수 있다.
또한, 상기 제어 설정부는 상기 기준 단위 정보의 전력 사용량과 상기 복수의 후보 단위 정보의 전력 사용량의 차이값을 구하고, 상기 차이값 중 상기 전력 절감량에 가장 가까운 값을 가지는 후보 단위 정보를 선택하고 상기 선택된 후보 단위 정보의 설정 정보를 상기 가전기기의 제어 정보로서 연산할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가전기기의 판매 혹은 대여 시에 해당 가전의 전기요금을 전체 대금에 미리 포함시킴으로써 전력-선구매 가전기기의 사용자가 구매/대여 후에 전기 요금에 대한 추가적인 과금을 부담할 필요가 없기 때문에 전력-선구매 가전기기는 본 기능이 구현되지 않은 가전기기 대비 높은 경쟁력을 가진다. 또한, 전력판매사업자는 전력-선구매 가전기기에 대한 전기 소비를 예측하고 대량으로 선도 구매함으로써 도매 시장에서의 전기 구매가를 낮출 수 있다.
또한 해당 가전기기에 대한 수요자원 거래 권한을 활용하여 필요 시에 해당 가전의 전기 사용량을 일시적으로 낮춤으로써 수요자원으로 전력 시장에서 거래할 수도 있다.
또한, 사용자는 가전기기 구매 시 전기 요금 할인 등 다양한 혜택을 받을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 기능을 갖는 시스템의 활용을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 서버의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 서버의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소비량 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 측정 장치의 각 구성의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 NILM 서버를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 NILM 서버의 동작을 나타내는 흐름도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 통신 기기 및 시스템, 및 그것의 전력수요 관리 방법에 대하여 살펴본다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 전력수요 관리 기능을 갖는 시스템의 활용을 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 기능을 갖는 시스템의 구성도를 도시한다.
먼저 도 1a 및 도 1b을 참조하여 본 발명에 따른 전력수요 관리 기능을 갖는 시스템의 활용에 대하여 설명한다.
전력판매사업자(300)는 전력생산업체에서 생산한 전력을 판매하거나 또는 특정 지역에 공급될 생산 전력의 과부족이 발생한 경우에 타지역의 잉여 전력을 판매하는 사업자를 의미한다. 이러한 전력판매사업자는 전력 거래소 등의 전력 시장(700)에서 전력을 거래하는 역할을 담당한다. 그리고, 전력판매사업자(300)는 전력 시장(700)으로부터 가전기기를 위한 전력을 미리 구매하고 전력 시장(700)이 요청하는 수요자원 거래에 참여한다. 이 때, 수요자원 거래란 수요 응답(Demand Response)을 통하여 전력 시장(700) 또는 전력생산업체(710)의 요청에 따라 전력수요를 감소시켜주는 거래를 의미한다.
사용자(600)는 가전기기(400)를 구매할 때에 전력판매사업자(300)에게 해당 가전기기(400)의 예상 전력 소비량만큼의 금액을 선불하고, 전력판매사업자(300)에 수요자원 거래를 위임할 수 있다. 수요자원 거래 시, 전력판매사업자(300)는 판매된 가전기기(400)에 대하여 상기 위임에 기초하여 제어 권한을 획득할 수 있다. 이하에서는 가전기기(400) 구매시 소비될 전력을 미리 함께 구매한 가전기기(400)를 전력-선구매 가전기기(400)라 한다.
한편, 가전 판매/대여 사업자(500)는 전력-선구매 가전기기(400)를 판매 및 대여하는 사업자를 의미한다. 이 경우, 가전 판매/대여 사업자(500)는 전력판매사업자(300)에 대상 전력-선구매 가전기기(400)의 전력 소비량에 대한 통계 정보를 제공한다. 또한, 가전 판매/대여 사업자(500)는 사용자(600)와 전력-선구매 가전기기(400)의 판매/대여 계약을 체결하고 전력-선구매 가전기기(400)를 공급한다.
예를 들어, 가전 판매/대여 사업자(500)는 전력판매사업자(300)에게 전력-선구매 가전기기(400)가 소비할 단위 시간 단위 전력 사용량(W), 권장 사용 기간(T), 및 수요자원 거래에서 전력수요 감축 요청 시 판매 대상 전력-선구매 가전기기(400)의 일반적인 감축 가능 전력량(Q)에 대한 통계 정보를 제공할 수 있다.
전력판매사업자(300)는 상기 통계 정보를 활용하여 판매 대상 전력-선구매 가전기기(400)의 예상 소비 전력량을 금액으로 환산한 전력 사용 추가 가격(P)을 계산한다. 또한, 전력판매사업자(300)는 수요자원 거래를 통해 얻을 수 있는 예상 수익(R)을 계산하여 최종 추가 가격(DP=P-R)을 계산한다.
단, 전력판매사업자(300)가 사용자의 전력 사용패턴에 대한 정보를 미리 가지고 있을 경우에는 상기 일반적인 통계 정보 외 사용자의 전력 사용패턴 정보에 기초한 최종 추가 가격(DP)을 활용할 수 있다.
본 실시예에서 가전 판매/대여 사업자(500)와 전력판매사업자(300)가 별개 업체인 것으로 설명하고 있으나, 도 1b에 나타낸 바와 같이 하나의 업체일 수도 있다.
한편, 사용자(600)는 가전 구매시에 종래 가격에 최종 추가 가격(DP)을 포함하여 구매한다. 추가 가격이 일정 수준을 넘어서 최종 추가 가격(DP)의 계산 시에 수익(R)이 0보다 큰 값이었다면 사용자(600)는 전력판매사업자(300)와 수요자원 거래에 대한 기본 약정을 체결한다. 해당 약정은 전력-선구매 가전기기(400)에 대하여 미리 정해진 시간 동안에 소비전력 제어에 대한 권한을 전력판매사업자(300)에게 위임하는 약정이다.
사용자(600)가 전력-선구매 가전기기(400)를 사용할 때 실제 소비되는 전력 사용량 정보는 전력-선구매 가전기기(400)의 전력량 모니터링부(420)를 통하여 전력판매사업자(300)가 알 수 있다. 또는 상기 실제 소비되는 전력 사용량 정보는 가정내 전력인입점에 설치된 전력측정장치(100) 및 전력수요 관리서버(200)의 NILM 서버(250)를 통해서 전력판매사업자(300)가 알 수 있다.
사용자(600)는 전기 요금을 지불할 때 전력-선구매 가전기기의 선구매 전력량을 제외한 금액을 지불한다. 전력-선구매 가전기기의 실제 소비 전력은 전력판매사업자(300)가 선도 전력 시장(forward electric market)을 통해서 선구매한 전력량에서 차감되거나, 실시간 시장에서 사용자(600)를 대신하여 구매될 수 있다.
한편, 전력 시장(700) 및 전력생산업체(710)로부터 전력 감축 신호를 받을 경우 전력판매사업자(300)는 가전기기(400)에 감축 명령을 가전 통신부를 통해서 전달하고, 가전기기는 전력 소비량 제어부(420)의 출력 제어 알고리즘에 따라 가전기기의 전력 소비량을 제어한다.
도 2는 도 1에서 설명한 활용예를 구현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 구성을 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 전력수요 관리서버(200)는 도 1의 전력판매사업자(300)가 전력-선구매 가전기기(400)의 선구매/실소비전력 및 수요자원 거래를 관리하기 위한 서버이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리 시스템은 전력수요 관리서버(200) 및 전력-선구매 가전기기(400)를 포함한다.
전력수요 관리서버(200)는 전력 시장(700) 또는 전력생산업체(710) 서버로부터 전력 감축 신호를 수신한다. 그리고, 인터넷 등의 네트워크(800)을 통하여 사용자가 구매한 가전기기(400)를 제어하여 수요자원 절감을 수행한다. 전력수요 관리서버(200)의 상세 동작은 후술하도록 한다.
전력-선구매 가전기기(400)는, 전력 소비량 제어부(410), 전력량 모니터링부(420) 및 통신부(430)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 이 중, 전력 소비량 제어부(410)는 전력 소비량 제어부(410)는 인증부(413), 제어 설정부(415) 및 동작 제어 신호 생성부(417)를 포함할 수 있다. 또한, 전력 소비량 제어부(410)는 인증요청신호를 수신하여 전력수요 관리서버(200) 및 전력생산업체(710) 서버를 인증할 수 있으며, 상기 전력수요 관리서버(200)로부터 제어 신호를 수신하여 전력-선구매 가전기기(400)의 전력 소비량을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 인증부(413)는 전력수요 관리서버(200)가 제어 권한이 있는지 여부를 확인하고, 상기 전력수요 관리서버(200)를 인증한다. 인증부(413)는 전력수요 관리서버(200)와 최초 접속 시 전력수요 관리서버(200)로부터 인증요청신호가 수신되면, 전력수요 관리서버(200)에 인증키를 발급하고, 해당 인증키를 보유한 전력수요 관리서버(200)에 제어 권한을 부여할 수 있다. 단, 본 실시예에서 전력-선구매 가전기기(400)가 전력수요 관리서버(200)를 인증하고 있으나, 전력수요 관리서버(200)에서 전력-선구매 가전기기(400)에 인증키를 발급할 수도 있다.
한편, 인증부(413)는 전력수요관리서버(200)와 예컨대 아래와 같은 인증 절차를 거칠 수 있다.
1) 전력생산업체 서버(710)는 전력수요 관리서버(200)에 전력-선구매 가전기기(400)에 대한 제어권한을 요청한다.
2) 전력 관리서버(200)는, 상기 제어권한 요청에 응답하여 전력-선구매 가전기기(400)에 인증요청신호를 전송하여 사용자(600)의 동의를 포함하는 응답 신호를 수신할 수 있다. 또는 전력-선구매 가전기기(400)와 연동되는 사용자 단말기(900)를 통하여 제어 권한 부여에 대한 동의를 포함하는 응답 신호를 수신할 수 있다.
3) 전력수요 관리서버(200)는 상기 응답 신호 수신 후, 인증키 생성하여 전력-선구매 가전기기의 인증부(413)에 전송할 수 있다. 또는 전력수요 관리서버(200)는 가전기기(400)의 인증부(413)로부터 인증키 수신할 수도 있다.
전력수요 관리서버(200)는 인증키, 전력-선구매 가전기기 모델명, 사용자 ID, 사용 지역 및 사용자 계약 기간(인증 기간) 등을 저장 및 관리 할 수 있다.
4) 전력수요 관리서버(200)는 전력생산업체 서버(710)에 상기 가전기기 정보(사용자 id, 가전기기 모델명, 사용 지역 등)를 저장하고, 향후, 저장된 사용자 정보에 기초하여 제어 요청을 전력수요 관리서버(200)로 전달한다.
한편, 제어 설정부(415)는 전력 절감량을 포함하는 전력 소비 제어 신호를 수신하면, 해당 전력 절감량을 지정된 시간 내에 절감할 수 있도록 전력-선구매 가전기기(400) 내 전력 소비량을 어떻게 줄일지 연산할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 제어 설정부(415)의 제어 연산 동작에 대하여 상세히 설명한다.
제어 설정부(415)는 전력 절감량을 포함하는 전력 소비 제어 신호를 수신하면, 해당 전력 절감량을 지정된 시간 내에 절감할 수 있도록 가전기기(400) 내 어떤 자원의 전력 소비량을 줄이면 가능할 지 연산할 수 있다. 제어 설정부(415)는 예를 들어 하기와 같이 개별 가전기기에 대한 소비량을 연산할 수 있다.
1) 제어 설정부(415)는 정해진 시간마다 전력-선구매 가전기기(400)의 상기 정해진 시간에서의 설정 정보, 환경정보, 전력 정보를 저장한다. 이 경우, 설정 정보, 환경 정보 및 전력 사용량 정보는 제어 설정부(415)의 자체 메모리에 저장할 수도 있고, 전력 관리서버(200)에 저장할 수도 있다. 또는 제어 설정부(415)는 설정 변경 시마다 설정 정보, 환경 정보 및 전력 정보를 저장할 수도 있다. 설정 정보, 환경 정보 및 전력 정보는 하나의 단위 정보로서 저장된다.
예를 들어, 전력-선구매 가전기기(400)가 에어컨인 경우, 전력-선구매 가전기기(400)는 설정 정보로서, 설정 온도, 동작 모드를 저장하고, 환경 정보로서, 습도, 풍속, 날짜를 저장하며, 이러한 설정 및 환경에서의 단위시간당 소비 전력을 전력 정보로서 저장할 수 있다.
2) 제어 설정부(415)는 전력수요 관리서버(200)에서 전력 소비 제어 신호(전력 절감량 D)를 수신하면, 저장된 정보들 중 현재 설정 및 환경과 가장 유사한 단위 정보를 검색하여 현재 단위 정보(P_1)로서 특정한다.
여기서 가장 유사하다는 것은, 예를 들어, 현재 단위 정보의 설정 정보를 점수화하고, 나머지 저장된 단위 정보의 설정 정보를 점수화한 값과의 차이값을 구하거나, 또는 현재 단위 정보의 환경 정보와 나머지 저장된 단위 정보의 환경 정보의 차이값(예컨대, 온도차)을 구하여 상기 차이값들을 가중치합하여 예컨대, 상기 가중치합이 가장 작은 값을 선택할 수 있다.
3) 또한, 제어 설정부(415)는 복수의 단위 정보들 중, 현재 단위 정보의 환경 정보와 상술한 차이값이 일정 오차 이내이면서, 현재 단위 정보(P_1)의 전력 사용량 보다 낮은 전력 사용량을 가지는 단위 정보들(Q_1, ..., Q_i, ..., Q_N)을 제어 후보 단위 정보로서 선정한다. 제어 후보 단위 정보 중, 최소 전력 사용량을 나타내는 단위 정보를 설명의 편의를 위하여 Q_1 라 한다.
이 경우, P_1 보다 낮은 전력 사용량을 가지는 제어 후보 단위 정보가 없거나 현재 단위 정보(P_1)의 전력 사용량에서 최소 제어 후보 단위 정보(Q_1)의 전력 사용량을 뺀 값이 목표하는 전력 절감량(D)보다 작다면 전력-선구매 가전기기(400)를 오프(off)하거나 전력-선구매 가전기기(400)를 최소 전력 모드로 기기를 제어한다.
4) 현재 단위 정보의 전력 사용량과 제어 후보 단위 정보의 전력 사용량의 차이값들을 구하고, 이러한 차이값들 중에서 D와 가장 가까운 제어 후보 단위 정보(Q_i)를 찾는다.
본 실시예에서는 제어 설정부(415)가 전력-선구매 가전기기(400)에 탑재되는 것으로 기재하고 있으나, 제어 설정부(415)는 전력수요 관리서버(200)에 탑재될 수도 있다.
제어 설정부(415)가 전력수요 관리서버(200)에 탑재되는 경우에는, 전력생산업체 서버(710)가 전력 감축 신호를 보낼 때에 전력수요 관리 서버(400)는 상기 전력 감축 신호에 포함된 감축량을 제어 대상이 되는 전력-선구매 가전기기(400)에 할당한 후, 할당된 전력 감축량에 대하여 상술한 연산을 수행할 수 있다.
한편, 동작 제어 신호 생성부(417)은 제어 설정부(415)에서 연산한 제어 신호에 따라 실제적으로 전력-선구매 가전기기(400)가 동작할 수 있는 동작 제어 신호를 생성할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 전력량 모니터링부(420)는 상술한 제어후에 전력-선구매 가전기기(400)에서 실제 소비되는 전력량을 모니터링할 수 있다. 도 2의 실시예에서는 전력량 모니터링부(420)가 전력-선구매 가전기기(400) 내에 설치되어 있는 것으로 기재하였으나, 도 3의 실시예와 같이 전력량 모니터링부(420)가 가정 또는 건물의 전력인입점에 설치된 전력측정장치(100)에 탑재될 수도 있다. 상기 전력측정장치(100)는 NILM(Non-Intrusive Load Monitoring) 서버와 함께 전력인입점에서 측정된 가정내 총 전력량에 기반하여 개별 가전기기의 전력 사용량을 분리할 수 있다. 즉, 전력량 모니터링부(420)는 전력측정장치(100) 및 상기 NILM 서버를 활용하여 상기 전력인입점을 통하여 소비된 총 전력 사용량 중, 전력-선구매 가전기기(400)의 소비 전력을 분리하고 모니터링할 수도 있다.
한편, 통신부(430)는 전력-선구매 가전기기(400)와 전력수요 관리서버(200) 사이의 통신을 제공하는 통신 인터페이스를 의미하며, 예컨대, WiFi, LAN 등의 통신 인터페이스일 수 있다. 전력-선구매 가전기기(400)는 통신부(430)를 통하여 예를 들어, 인터넷 망을 통하여 전력수요 관리서버(200)과 통신이 가능하다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리서버(200)의 구성 및 동작을 서술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리서버(200)는 통신부(210), 수요자원 할당부(220) 및 보안부(230)를 포함한다. 전력-선구매 가전기기(400)에서 소비되는 실제 전력 소비량을 전력측정장치(100)를 통해서 확인하는 경우에는 NILM 서버(240)을 더 포함할 수 있다.
통신부(210)는 전력생산업체 서버(710), 전력-선구매 가전기기(400), 전력측정장치(100) 및 사용자 단말(900)과의 통신을 담당한다.
수요자원 할당부(270)는 수요자원 거래에 참여할 가전기기(400)를 선정할 수 있다. 보다 구체적으로, 수요자원 할당부(270)는 전력생산업체 서버(710)의 전력 감축 신호에 기초하여 수요자원 거래의 대상이 되는 전력-선구매 가전기기(400)별로 전력 절감량을 할당한다. 그리고, 수요자원 할당부(270)는 각 전력-선구매 가전기기(400)가 할당된 전력 절감량을 제어할 수 있도록 제어 신호를 생성한다.
한편, 보안부(280)는 각 전력-선구매 가전기기(400)에 대한 인증키 자원을 관리하고, 수요자원 할당부(270)에서 생성한 제어 신호를 암호화하여 통신부(260)을 통하여 각 전력-선구매 가전기기(400)에 전송한다.
절감 관리부(290)는, 제어 신호의 송신 후 상기 전력 모니터링부(420)를 통하여 각 전력-선구매 가전기기(400)의 실제 전력 사용량을 모니터링할 수 있다. 이는, 전력-선구매 가전기기(400)의 예측 소비 전력과 실제 소비 전력과의 차이를 산출하여 추후 예측 소비 전력 및 할당량을 보정하기 위함이다.
NILM 서버(250)는 전력측정장치(100)에서 측정한 전력 중 전력-선구매 가전기기(400)의 소비 전력을 분리한다. NILM 서버(250) 및 전력측정장치(100) 사이의 동작에 대해서는 후술한다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력수요 관리서버(200)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 전력수요 관리서버(200)는 전력 시장(700) 또는 전력생산업체 서버(710)으로부터 전력 감축 신호를 수신한다(S202).
이 경우, 전력 감축 신호는 전력수요 관리서버(200)에 의한 총 감축 전력량 및 감축 대상 전력-선구매 가전기기 리스트를 포함할 수 있다. 또는 감축 대상 전력-선구매 가전기기의 개별 전력 절감량을 포함할 수도 있다.
한편, 전력수요 관리서버(200)는 감축 대상 전력-선구매 가전기기별로 전력 절감량을 할당하고 할당된 절감량에 해당하는 제어 신호를 송신한다(S204, S206). 이 때, 상기 제어 신호는 인증키에 의하여 암호화될 수 있다.
전력-선구매 가전기기(400)는 제어 신호에 따라 전력 소비를 감소시키도록 제어한다. 이 경우, 전력수요 관리서버(200)는 목표 전력 절감량만큼 절감되었는지 확인하고(S210), 실제 전력 절감량의 과부족이 발생할 경우에 다음번 제어 신호 생성시에 이를 반영할 수 있다(S212). 즉, 전력 사용 정보를 업데이트 할 수 있다.
따라서, 상술한 구성에 따르면, 가전기기의 판매 혹은 대여 시에 해당 가전의 전기요금을 전체 대금에 미리 포함시킴으로써 사용자는 구매/대여 후에 전기 요금에 대한 추가적인 과금이 없어 본 기능이 구현되지 않은 타사 제품 대비 높은 경쟁력을 가진다. 또한, 전력판매사업자는 특정가전에 대한 전기 소비를 예측하고 대량으로 선도 구매함으로써 도매 시장에서의 전기 구매가를 낮출 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력인입점 전력측정장치 및 그로부터 수신된 데이터 세트를 레이블링하여 전력 정보를 생성하는 NILM 서버에 관련하여 살펴본다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전력인입점 전력측정장치(100)를 나타내는 블록도이다.
본 실시예에서 전력인입점 전력측정장치(100)는 전력인입점의 전력소모 총 에너지에서 인입점에 연결된 개별 에너지기기 및 내부 부품의 에너지사용량을 추정하기 위해 무기명의 부하 클러스터링 데이터 세트를 생성하는 하드웨어 알고리즘을 수행하고, 이를 특정 서버 (200)로 전송한다.
즉, 본 실시예에 따른 전력인입점 전력측정장치(100)는 전력인입점에 단일센서와 함께 설치되어 전체 전기에너지 사용량 계측 및 개별 부하기기의 에너지 사용량 추정이 가능한 일련의 하드웨어 알고리즘을 탑재한 장치이다. 상기 하드웨어 알고리즘이 수행하는 부하기기별 사전 정보처리프로세스를 요약하면 다음과 같다.
먼저, 전압/전류의 신호로부터 스냅샷을 추출하고, 기준점을 추출하여 노이즈 필터링을 거치며, 해당 결과를 기반으로 전압, 유효전력, 무효전력 등의 정상/과도상태를 구분하고 이를 통해 개별 부하기기의 온/오프 이벤트 등의 동작상태와 동작상태변화를 추출한다. 그리고 부하 특징과 관련된 전압-전류 상관도, 고주파 왜곡도, 전류/전력 스냅샷 신호 변형도, 유효/무효전력 상관도 등을 통해 패턴 일치 부하 분류로 최종 클러스터링 데이터 세트를 생성하게 된다. 생성된 클러스터링 데이터 세트는 사용자가 인식할 수 없는 무기명(예, 1, 2, 3 또는 A, B, C 등의 부하 분류 표식)으로 데이터 압축을 통해 특정 서버나 클라우드로 전송된다.
이하 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전력인입점 전력측정장치(100)는 전력정보 수집부(110), 동작상태 추출부(120), 데이터 세트 생성부(130) 및 전송부(140)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전력정보 수집부(110)는 복수의 부하기기들에 대한 적어도 하나의 전력인입점에서 전력신호를 포함하는 전력정보를 수집한다.
부하기기는 전기 에너지를 사용하는 에너지 사용기기 또는 부품을 포함한다. 전력인입점이란 예를 들어 각 가정의 배전반 또는 분전반의 전력인입점과 같이 복수의 부하기기들에 대하여 전력이 인입되는 지점(node)이다. 이하 본 실시예에 따른 전력정보 수집부(110)의 동작은 도 8을 통해 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에서 전력정보 수집부(110)는 먼저 전력신호 측정 단계(S112)를 수행한다. 전력신호 측정 단계(S112)는 전력인입점에 설치된 에너지 계측장치와 단일센서를 통해 전류와 전압의 비가공된 전력정보 파형을 측정한다.
다음, 전력정보 수집부(110)는 스냅샷 추출 단계(S114)를 수행한다. 스냅샷 추출 단계(S114)는 미리 결정된 주기의 교류파형의 전압 또는 전류 스냅샷을 수집한다. 본 실시예에서는 교류 한주기 파형의 전압, 고주파의 전류 스냅샷을 추출하는 것이 바람직하다.
다음, 본 실시예에 따른 동작상태 추출부(120)는 상기 수집된 전압 또는 전력정보로부터 전력변화의 정상 또는 과도상태를 구분하여 상기 부하기기의 동작상태 또는 동작상태의 변화 패턴을 추출한다. 이에 대해선 도 3을 통해 보다 상세히 설명한다.
도 9를 참조하면 동작상태 추출부(120)는 먼저, 전력정보 및 기준점 추출 단계(S116)를 수행한다. 즉, 실시간 전력 사용량 및 전력 품질정보 추출하고 정상 또는 과도상태의 구분을 위한 기준점을 추출한다.
본 실시예에서 기준점은 실시간 전력 사용량 및 전력 품질정보 추출을 통해 개별 부하기기에서 온/오프가 되지 않고 항시 켜져 있으면서 변동 없이 일정하게 사용되는 전력 사용량인 것이 바람직하다.
다음, 과도응답 분리 단계(S118)는 전력 사용량에서 개별 부하기기의 동작에 의해 온/오프 되거나 동작상태가 변경되는 과도상태 구간을 추출한다.
나아가 본 실시예에서 동작상태 추출부(120)는 노이즈 제거 단계(S120)를 수행할 수 있다. 노이즈 제거 단계(S120)는 전체 전력 사용량의 전력신호 측정에서 발생되는 무의미한 고주파 잡음신호를 제거한다.
또한, 동작상태 추출부(120)는 상기 스냅샷을 상기 추출된 동작상태 또는 동작상태의 변화 패턴에 따라 분류한다. 예를 들어 과도응답 동작으로 판단될 경우의 스냅샷은 정상상태에 비하여 스냅샷 추출 주파수가 훨씬 높을 수 있다.
다시 도 9를 참조하면, 온/오프 이벤트 검출 단계(S122)를 통해 개별 부하기기별로 클러스터링 이전 각각의 온/오프 상태별로 이벤트들에 대한 스냅샷을 분류한다.
다음, 상태추이 변화 검출 단계(S124)는 온/오프 동작 외 멀티단계를 가지거나, 연속적인 변화특성을 가지는 부하들에 대한 동작상태의 변화 패턴을 검출하여 분류한다.
상태추이 변화 검출 후 실시간 총 전력량 데이터 처리 단계(S126)는 실시간 전력 사용량 서비스를 위한 전체 에너지 사용량 및 전력 품질정보 등에 대한 전력정보 데이터 연산, 저장 및 전송 데이터 패킷을 생성한다.
다음 본 실시예에 따른 데이터 세트 생성부(130)는 상기 개별 부하기기의 전력사용 특징에 따른 신호 상관관계를 통하여 상기 동작상태 또는 동작상태의 변화 패턴과 매칭되는 개별 부하기기별 데이터 세트를 생성한다. 이하 도 4를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 10를 참조하면 데이터 세트 생성부(130)는 부하 특징 추출 단계(S130)를 수행한다.
본 실시예에서 부하 특징 추출 단계(S130)는 전체 전력 사용량 데이터에서 추출된 스냅샷, 과도응답, 온/오프 이벤트, 상태추이 변화 정보를 활용하여 개별 부하기기의 전력 사용특징을 반영한 신호 상관관계를 생성한다. 상기 신호 상관관계는 전압/전류 상관도, 고주파 왜곡도, 전류/전력 신호 변형도, 유효/무효전력 상관도 등을 포함할 수 있다.
다음, 데이터 세트 생성부(130)는 데이터 세트의 생성을 위하여 온/오프 이벤트 매칭과 패턴 일치 부하 분류를 수행한다.
즉, 온/오프 이벤트 매칭 단계(S132)는 생성된 신호 상관관계를 기반으로 개별 기기에 대한 온/오프 동작 이벤트를 동일기기에 대한 쌍으로 분류하고, 패턴 일치 부하 분류 단계(S134)는 생성된 신호 상관관계를 기반으로 동일 기기에 대해 멀티단계 또는 연속적인 변화특성을 온/오프 동작 이벤트와 연계군으로 분류한다.
다음, 데이터 세트 생성 단계(S136)는 온/오프 이벤트 매칭과 패턴 일치 부하 분류를 통해 연계군으로 묶인 데이터 세트를 생성한다.
데이터 세트가 생성되면, 전송부(140)는 데이터 세트를 재조합하여 레이블링된 전력정보를 생성하는 NILM 서버(250)로 상기 생성된 데이터 세트를 전송한다.
전송하기에 앞서, 본 실시예에서는 에너지 계측장치에서 이루어진 생성된 데이터 패킷을 압축하여 특정 서버로 대용량의 데이터 전송이 용이하도록 할 수 있다.
또한, 실시간 전력 에너지 정보 서비스를 수행하기 위해 필요한 전력 소모량 및 품질 정보 데이터를 함께 전송하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 8 내지 10을 참조하여, 본 발명의 스냅샷 추출 (즉, 전력신호 샘플링) 주기 및 이에 따른 정보처리 효율화에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 전력정보 수집부(110)에서 상기 스냅샷 추출 주기를 적절하게 선택하는 것이 중요하다. 스냅샷 추출 주파수가 특정치보다 낮을 때는, 예를 들어 초당 1회 미만의 경우는, 부하기기의 과도상태 구간에 대한 해상도가 낮아 서로 다른 개별 부하기기들을 구분하기가 어렵고, 스냅샷 추출 주기가 특정치보다 높을 때는, 예를 들어 초당 수천~수만번, 과도상태 구간에 대한 해상도가 지나치게 높아 동일한 부하기기를 서로 다른 부하기기로 인식하는 등의 오류가 발생할 수 있다. 따라서 전력인입점에서 에너지 계측장치의 효율적인 사전정보 처리를 위한 스냅샷 추출 주기는 초당 10회에서 900회 정도가 적절하다.
다음, 동작상태 추출부(120)의 스냅샷 분류를 통해 (예를 들면, 스냅샷 추출 단계(S114)에서는 항시 초당 15회로 스냅샷을 추출하지만 동작상태의 변화가 없을 때는 15개 중 1개의 스냅샷 혹은 15개의 대표값만을 선택 분류하고 동작상태의 변화가 감지되면 15개 모두를 선택하여 과도상태 구간의 해상도만을 별도로 높이는 방식) 동작상태 추출 이후의 정보처리를 효율화할 수 있다. 즉, 기기별 에너지 사용정보 분석에 필수적인 과도상태 구간의 해상도가 증가하면서도 데이타 트래픽 관련 부담이 감소 (예를 들면, 전송부(140)가 주기적으로 초당 1회 데이터를 전송할 경우에도 동작상태의 변화가 없을 때는 선택 분류된 1장의 스냅샷 또는 구분구적법 등을 통해 계산된 하나의 대표값만을 전송하고 과도상태 구간에서는 15장의 스냅샷을 한꺼번에 전송) 하는 방식으로 에너지 계측기기와 서버와의 정합성이 향상됨에 따라 온/오프 이벤트 검출 단계(S122), 상태추이 변화 검출 단계(S124), 데이터 세트 생성부(130)가 수행하는 일부 또는 모든 단계를 서버를 통해 수행할 수도 있다.
이하, 상술한 실시예에 따른 전력인입점 전력측정장치(100)에서 생성된 데이터 세트를 수신하여 레이블링된 전력정보를 생성하는 NILM 서버(250)에 대하여 도 11을 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 NILM 서버(250)는 전송 받은 부하별 클러스터링 데이터 세트와 실시간 전력 사용량 및 전력품질 정보 데이터 세트를 기반으로 머신러닝과 자동 레이블링 등의 과정을 거쳐 전력인입점에서의 전력사용 사용자에게 에너지 사용정보와 절감 팁 컨설팅 등을 수행할 수 있다. 즉, NILM 서버는 상기 에너지 계측장치로부터 전송받은 전체 에너지정보와 개별 부하기기별 에너지정보를 가공하여 다양한 에너지절감 솔루션 및 컨설팅을 생성한 뒤 이를 사용자에게 표출하는 대용량 데이터 처리장치일 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 NILM 서버(250)는 소프트웨어 알고리즘을 통해 특정 사후 정보처리프로세스를 수행한다. 상기 프로세스는 무기명의 부하 클러스터링 데이터 세트를 유효전력, 무효전력, 시간 등의 기준영역에 따른 다차원 평면으로 재분류하고, 머신러닝을 통해 동일 부하기기 내 분류 경계면을 설정하여 온/오프, 멀티단계, 연속변화, 상시기동 등 특정 동작 또는 부품별로 구분한다.
이를 시간영역의 실시간 전력사용량 추이에 매핑하여 구분을 완료하고, 개별 부하기기의 하위 부품들을 사용자가 인식할 수 있는 동일 기기로 그룹핑(1+2+3 또는 A+B+C 등) 한 후 이미 저장된 개별 부하기기의 명명 데이터 세트(냉장고, 세탁기, 에어컨 등)와 매칭 작업을 통해 자동 레이블링을 수행한다.
이때 명명된 데이터 세트에 없는 데이터로 인해 자동 레이블링이 수행되지 못한 에너지기기에 대해서는 수동으로 기기를 온/오프하여 해당 시간을 체크하는 등의 수단을 통해 수동으로 레이블링을 수행한다. 그리고, 수동으로 생성된 데이터는 다시 기 수집된 데이터 세트에 더해져서 향후 자동 레이블링에 사용된다.
이하 도 11을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 NILM 서버(250)는 수신부(210), 재조합부(220), 레이블링부(230)를 포함한다.
먼저 수신부(210)는 개별 부하기기를 구성하는 부품 단을 기준으로 전력정보를 분류하여 생성된 데이터 세트를 수신한다.
다음 재조합부(220)는, 수신된 데이터 세트를 상기 개별 부하기기의 동작특성에 따라 다차원 평면에 재분류하고, 시간영역에 따라 매핑하여 재조합한다.
이에 앞서 재조합부(220)는 데이터 압축 해제 단계(S202)를 먼저 수행할 수 있다. 즉, 전력인입점 전력측정장치(100)가 압축된 데이터를 전송하는 경우 소프트웨어 알고리즘 수행속도를 높이기 위하여 데이터 압축을 해제할 수 있다.
압축이 해제되면, 재조합부(220)는 재분류된 데이터를 시간영역의 전력 사용량 추이에 매핑하여 동일 부하기기 내 부품들을 재조합한다. 이에 대해서는 도 12를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 재조합부(220)에서 수행되는 각 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 대분류 부하기기 분류 단계(S1204)는 동일기기로 판단되는 개별 부하기기들에 대한 부하 동작 특성(온/오프, 멀티단계, 연속변화, 항시기동)에 따라 분포 평면을 구분한다.
다음 특징별 클러스터링 단계(S1206)는 클러스터링 데이터 세트와 대분류 부하기기 분류를 연동하여 상기 분포평면 내 경계설정이 용이하도록 다차원 평면을 재구성한다. 상기 다차원 평면을 재구성하는데 유효전력, 무효전력, 시간 등이 기준영역이 될 수 있다.
다차원 평면이 재구성되면 머신러닝 단계(S1208)는 에너지기기별 클러스터링 결과 및 인공지능 네트워크와 같은 상태구분 알고리즘 기반의 머신러닝 방법을 활용하여 개별 부하기기의 동작 또는 부품간 경계 분류 기준을 생성한다. 그리고 특정 부하기기 분류 경계 설정 단계(S1210)는 상기 머신러닝 경계 분류 기준을 활용하여 클러스터링 데이터에 대한 개별 부품수준의 부하구분을 수행하여 데이터를 재분류 한다. 이때 전력총량으로부터 개별 에너지기기들에 대한 부품수준까지 무기명 방식의 부하 상세 분류가 결정된다.
다음 시간영역 매핑 단계(S1212)는 상기 프로세스에서 재분류된 무기명의 부품들에 대한 데이터 세트를 시간영역의 실시간 데이터로 매핑한다.
구분 단계(S1214)는 다양한 컬러 또는 사용자가 인식 가능한 디스플레이 방법으로 상기 매핑된 데이터를 부품수준으로 구분한다.
다음 동일부하 재조합 단계(S1216)는 구분 단계에서 생성된 개별 부하기기 내 하위 부품들을 조합하여 사용자가 인식할 수 있는 부하기기로 그룹을 생성한다. 일례로 구분 단계에서 생성된 컴프레샤, 모터, 램프, 제어회로 특성 등을 조합하여 냉장고로 그룹핑한다. (내부에서는 1, 2, 3 등의 숫자와 A, B, C 등의 무기명 임시 표식을 사용함).
재조합 단계의 수행 후, 레이블링부(230)는 재조합된 데이터 세트를 레이블링한다. 예를 들어, 개별 부하기기로 분류된 무기명의 임시 표식 데이터에 대해 기 저장된 부하기기 데이터 세트와 연동하여 자동으로 해당 부하기기의 이름을 매칭한다. 일례로 데이터 패턴 및 저장 데이터와의 매칭 알고리즘을 통해상기 A, B, C 등이 냉장고, TV, 세탁기 등으로 자동 기명될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 레이블링은 수동으로 입력 받을 수도 있다. 자동 레이블링의 수행에도 불구하고 기 기축된 부하기기 데이터와 일치되지 않아 무기명으로 존재하는 부하들에 대해, 수동으로 개발자 또는 사용자가 기기를 명명하고 이를 입력한다. 기기의 온/오프 시간을 활용하는 방법도 가능하다.
또한, 수동 레이블링이 수행된 개별 부하기기들에 대해서는 해당 데이터를 기명과 함께 별도 저장하여 기 기축된 부하기기 데이터 세트를 확장할 수 있다.
나아가, NILM 서버(250)는 개별 부하기기 에너지 사용정보를 이용한 데이터 해석 정보를 제공할 수 있다. 즉 총전력과 개별 부하기기 에너지 사용 패턴에 대하여 행동 심리학 분석 알고리즘에 기반한 데이터 해석을 적용하여 특정 데이터 세트를 생성하는 것도 가능하다.
또한 상기 데이터 해석을 통해 사용자의 에너지 절감을 유도할 수 있는 전문가 컨설팅 팁의 자동 생성도 가능하다.
나아가 에너지 IT 전문 사업자를 통해 상기 총 전력량, 개별 부하기기 사용량, 에너지절감 컨설팅 등을 특정 건물 및 단위 가정에게 제공하는 일체의 서비스도 가능하다.
다양한 에너지 컨설팅 중 일례로 개별 부하기기의 상태와 관련하여 부품수준으로 구별된 클러스터링 데이터 세트의 변화를 감지하여 개별 부하기기의 부품 노화상태나 고장상태를 판단하여 사용자에게 제공하는 것도 가능하다.
이상의 실시예에 따르면, 전력인입점에서의 총 전력사용정보에 대하여 계측기의 하드웨어 알고리즘과 서버의 소프트웨어 알고리즘을 조합 수행하여 각종 부하기기의 부품 개별 에너지 사용정보를 추출할 수 있다.
또한, 단일 에너지 계측장치에 서버의 소프트웨어 알고리즘을 유연하게 조합하기 때문에 다수 장치를 통한 시스템 설치의 고비용 부담없이 상세하고 정확한 개별 부하기기의 에너지 사용정보를 추출함으로써 고급스러운 에너지 절감방안을 도출할 수 있다. 특히, 분전반 내 다수의 센서를 채택하지 않으면서도 분기회로 수준 이상의 에너지 사용정보 취득이 가능하다.
정리하면 본 발명은 전력인입점에서 측정된 전체 전기에너지사용량 정보에서 개별 부하기기 에너지사용정보를 추출함에 있어 특정 서버가 전체 알고리즘을 수행하지 않고, 에너지 계측기기(사전 정보처리 프로세서, 하드웨어 알고리즘, 클러스터링 데이터 세트 생성 등)와 서버(사후 정보처리 프로세서, 소프트웨어 알고리즘, 레이블링과 에너지절감 팁 생성 등)로 이원화 하여 수행한다. 즉, 단일 에너지 계측장치에서 부품간 구별이 가능한 해상도를 갖도록 사전 정보처리를 수행하고, 서버는 그 장점인 데이터 저장 및 패턴 해석, 데이터 활용을 중점적으로 수행하여 각종 부하의 에너지 사용관련 대용량 데이터 처리/저장/관리에 유연성을 확보할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전력 측정 장치
200: 전력수요 관리서버
250: NILM 서버
400: 가전기기
710: 전력생산업체 서버
800: 네트워크

Claims (14)

  1. 복수의 전력-선구매 가전기기 및 전력수요 관리서버를 포함하며,
    상기 복수의 전력-선구매 가전기기 각각은,
    인증키를 관리하는 인증부; 상기 전력수요 관리서버로부터 전력 절감량을 포함하는 전력 소비 제어 신호를 수신하고, 상기 전력 절감량에 따른 제어 정보를 선택하는 제어 설정부; 및 상기 제어 설정부에서 선택한 제어 정보에 기초하여 동작 제어 신호를 생성하는 동작 제어 신호 생성부를 포함하는 전력 소비량 제어부를 포함하며,
    상기 수요 관리서버는,
    상기 복수의 전력-선구매 가전기기에 전력 절감량을 할당하는 수요 자원 할당부;
    상기 복수의 전력-선구매 가전기기의 인증키에 기초하여 상기 전력 소비 제어 신호를 암호화하는 보안부; 및
    상기 전력 소비 제어 신호에 따른 전력 소비 절감량을 모니터링하는 절감 관리부를 포함하는,
    전력수요 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 설정 정보, 환경 정보 및 전력 소비량을 각각 포함하는 복수의 단위 정보에 기초하여 상기 제어 정보를 설정하는,
    전력수요 관리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 현재 설정 정보 및 환경 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 정보 중 현재 단위 정보를 특정하고, 상기 복수의 단위 정보 중 상기 현재 단위 정보의 환경 정보와 일정 오차 내의 환경 정보를 가지는 복수의 제어 후보 단위 정보들을 선택하는,
    전력수요 관리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 상기 현재 단위 정보의 전력 사용량과 상기 복수의 제어 후보 단위 정보의 전력 사용량의 차이값들을 구하고, 상기 차이값들 중 상기 전력 절감량과 가장 가까운 차이값을 가지는 제어 후보 단위 정보를 해당 전력-선구매 가전기기의 제어 정보로서 선택하는,
    전력수요 관리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력수요 관리 시스템은 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나와 전력인입점에서 연결된 전력측정장치를 더 포함하며,
    상기 수요 관리서버는, NILM(Non-intrusive load monitoring) 서버를 더 포함하며, 상기 NILM 서버는 상기 전력측정장치에서 측정된 전력량 중 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나의 전력 소비 절감량을 분리하여 상기 절감 관리부에 전송하는,
    전력수요 관리 시스템.
  6. 전력생산업체 서버로부터 전력 감축 신호를 수신하고, 상기 전력 감축 신호에 기초하여 복수의 전력-선구매 가전기기에 목표 전력 절감량을 할당하고 전력 소비 제어 신호를 생성하는 수요 자원 할당부;
    상기 복수의 전력-선구매 가전기기에서 보유한 인증키에 기초하여 상기 전력 소비 제어 신호를 암호화하는 보안부; 및
    상기 전력 소비 제어 신호에 따른 상기 복수의 전력-선구매 가전기기의 실제 전력 소비 절감량을 모니터링하는 절감 관리부를 포함하는,
    전력수요 관리서버.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나와 전력인입점에서 연결된 전력측정장치를 더 포함하며,
    상기 전력수요 관리서버는, NILM 서버(Non-intrusive load monitoring)를 더 포함하며, 상기 NILM 서버는 상기 전력측정장치에서 측정된 전력량 중 상기 복수의 전력-선구매 가전기기 중 적어도 어느 하나의 전력 소비 절감량을 분리하여 상기 절감 관리부에 전송하는,
    전력수요 관리서버.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력수요 관리서버는 제어 설정부를 더 포함하고, 상기 제어 설정부는 설정 정보, 환경 정보 및 전력 소비량을 각각 포함하는 복수의 단위 정보에 기초하여 제어 정보를 연산하는,
    전력수요 관리서버.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 현재 환경 정보 및 설정 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 정보 중 기준 단위 정보를 특정하고, 상기 기준 단위 정보의 환경 정보와 일정 오차 내의 환경 정보를 가지는 복수의 후보 단위 정보를 선택하는,
    전력수요 관리서버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 상기 기준 단위 정보의 전력 사용량과 상기 복수의 후보 단위 정보의 전력 사용량의 차이값을 구하고, 상기 차이값 중 상기 전력 절감량에 가장 가까운 값을 가지는 후보 단위 정보를 선택하고 상기 선택된 후보 단위 정보의 설정 정보를 해당 전력-선구매 가전기기의 제어 정보로서 연산하는,
    전력수요 관리서버.
  11. 전력 소비량 제어부 및 통신부를 포함하는 전력-선구매 가전기기에 있어서,
    상기 전력 소비량 제어부는, 인증키를 관리하는 인증부; 전력수요 관리서버로부터 상기 통신부를 통하여 전력 소비 제어 신호를 수신하고, 상기 전력 소비 제어 신호에 따라 전력 절감량에 따른 제어 정보를 연산하는 제어 설정부; 및 상기 제어 설정부에서 생성한 제어 정보에 기초하여 동작 제어 신호를 생성하는 동작 제어 신호 생성부를 포함하는,
    전력-선구매 가전기기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 설정 정보, 환경 정보 및 전력 소비량을 각각 포함하는 복수의 단위 정보에 기초하여 제어 정보를 연산하는,
    전력-선구매 가전기기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 현재 환경 정보 및 설정 정보에 기초하여 상기 복수의 단위 정보 중 기준 단위 정보를 특정하고, 상기 기준 단위 정보의 환경 정보와 일정 오차 내의 환경 정보를 가지는 복수의 후보 단위 정보를 선택하는,
    전력-선구매 가전기기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 설정부는 상기 기준 단위 정보의 전력 사용량과 상기 복수의 후보 단위 정보의 전력 사용량의 차이값을 구하고, 상기 차이값 중 상기 전력 절감량에 가장 가까운 값을 가지는 후보 단위 정보를 선택하고 상기 선택된 후보 단위 정보의 설정 정보를 상기 가전기기의 제어 정보로서 연산하는,
    전력-선구매 가전기기.
KR1020170180623A 2016-12-29 2017-12-27 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법 KR102493198B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170180623A KR102493198B1 (ko) 2016-12-29 2017-12-27 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160181779A KR20180077431A (ko) 2016-12-29 2016-12-29 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법
KR1020170180623A KR102493198B1 (ko) 2016-12-29 2017-12-27 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160181779A Division KR20180077431A (ko) 2016-12-29 2016-12-29 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180078155A true KR20180078155A (ko) 2018-07-09
KR102493198B1 KR102493198B1 (ko) 2023-01-30

Family

ID=85106438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170180623A KR102493198B1 (ko) 2016-12-29 2017-12-27 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102493198B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220128043A (ko) * 2021-03-12 2022-09-20 주식회사 한스마린 계류 선박의 요금 정산 장치 및 방법
KR20240031148A (ko) 2022-08-30 2024-03-07 엘지전자 주식회사 전력 관리장치 및 이를 이용한 전력 관리방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130046693A (ko) * 2011-10-28 2013-05-08 삼성전자주식회사 전력 관리 장치 및 그 제어 방법
KR20140009748A (ko) * 2012-07-13 2014-01-23 한국전력공사 선불계량시스템 암호화 토큰 통신 분석 장치
KR20140114665A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 엘에스산전 주식회사 전력 수요반응 시장의 관리 시스템 및 그 제어 방법
KR20150064771A (ko) * 2013-12-03 2015-06-12 한국전기연구원 수요반응 기반의 전력사용량 관리 시스템 및 그 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130046693A (ko) * 2011-10-28 2013-05-08 삼성전자주식회사 전력 관리 장치 및 그 제어 방법
KR20140009748A (ko) * 2012-07-13 2014-01-23 한국전력공사 선불계량시스템 암호화 토큰 통신 분석 장치
KR20140114665A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 엘에스산전 주식회사 전력 수요반응 시장의 관리 시스템 및 그 제어 방법
KR20150064771A (ko) * 2013-12-03 2015-06-12 한국전기연구원 수요반응 기반의 전력사용량 관리 시스템 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220128043A (ko) * 2021-03-12 2022-09-20 주식회사 한스마린 계류 선박의 요금 정산 장치 및 방법
KR20240031148A (ko) 2022-08-30 2024-03-07 엘지전자 주식회사 전력 관리장치 및 이를 이용한 전력 관리방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102493198B1 (ko) 2023-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180077431A (ko) 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법
KR102438442B1 (ko) 전력 수요 관리 기능을 갖는 시스템
CN105612546B (zh) 用于能量测量的装置、服务器、系统和方法
WO2012008822A1 (en) A power metering system and a method of displaying reading derived from the same
WO2015008645A1 (ja) 監視装置、監視方法及びプログラム
KR101500057B1 (ko) 자동 검침 및 관리 시스템의 검침정보 제공 방법
KR102438439B1 (ko) 전력 수요 관리 기능을 갖는 서버, 통신 기기 및 서버, 및 그것의 전력 사용 관리 방법
US20130289790A1 (en) Smart grid interacting apparatus
CN105719466A (zh) 一种基于配电系统的远程抄表系统
TWI393894B (zh) 識別迴路上電器用電行為的方法、系統與電腦程式產品
JP2009089579A (ja) 電力付加サービスのためのコンシューマサービスポータルプラットフォームシステム
KR101738716B1 (ko) 전력 수요반응 시장의 관리 시스템 및 그 제어 방법
CN105954578A (zh) 一种具有数据完整响应及时信息安全的抄表系统
KR20160143456A (ko) 전력 관리 기능을 갖는 시스템 및 사용자 단말기, 및 이것의 전력 관리 방법
KR101597265B1 (ko) 가전기기별 사용 전력 과금 시스템 및 방법
WO2018105991A1 (ko) 비침습 방식으로 회로 내의 복수의 전력 기기의 거동을 분석하고 개별 기기의 소비 전력을 모니터링하는 장치 및 방법
US11646602B2 (en) Topology and phase detection for electrical supply network
KR20180078155A (ko) 전력수요 관리 기능을 갖는 서버, 가전기기, 및 그것의 전력 사용 관리 방법
KR101900609B1 (ko) 전력수요관리서버 및 이를 포함하는 전력수요관리시스템
CN112418908A (zh) 一种共享空调的数据处理方法及数据处理装置
US10381868B2 (en) Power metering system, load power monitoring system using the same and operation method thereof
CN105160559A (zh) 一种交互式智能用电控制方法和系统
CN102779376A (zh) 售电系统用数据采集系统、自升级式售电系统及升级方法
KR102308343B1 (ko) 통합전력관리시스템
KR101854913B1 (ko) 에너지 절감 시스템 설치 서비스 방법 및 서비스 서버

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant