KR20180103617A - 스마트 전력 측정 시스템 - Google Patents

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KR20180103617A
KR20180103617A KR1020170030808A KR20170030808A KR20180103617A KR 20180103617 A KR20180103617 A KR 20180103617A KR 1020170030808 A KR1020170030808 A KR 1020170030808A KR 20170030808 A KR20170030808 A KR 20170030808A KR 20180103617 A KR20180103617 A KR 20180103617A
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장지환
이강열
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 콘센트 결합형 무선 전압 센서를 통해, 설치가 용이하고 전력 측정의 정확도를 높일 수 있는 스마트 전력 측정 시스템에 관한 것이다
본 발명의 스마트 전력 측정 시스템은, 외부 전력 공급원으로부터 인가되는 전력을 적어도 하나의 콘센트에 분배하는 분전반에 설치되는 전류 센서부, 및 상기 콘센트에 결합되고, 상기 콘센트에 인가되는 전압을 측정하여, 측정된 전압값을 상기 전류 센서부에 무선으로 전달하는 전압 센서부를 포함하되, 상기 전류 센서부는, 상기 분전반에 흐르는 전류를 측정하는 구동 전력 수집부와, 상기 전압 센서부에서 측정된 상기 전압값을 수신하는 무선 통신부와, 상기 무선 통신부에서 수신된 상기 전압값과 상기 구동 전력 수집부에서 측정된 전류값을 이용하여, 전력량을 계산하는 제어부를 포함한다.

Description

스마트 전력 측정 시스템{SMART POWER METERING SYSTEM}
<1> 본 발명은 콘센트 결합형 무선 전압 센서를 이용하여, 설치가 용이하고 전력 측정의 정확도를 높일 수 있는 스마트 전력 측정 시스템에 관한 것이다.
<2> 전 세계적으로 이산화탄소 배출량 저감 및 에너지 사용 효율화를 위하여 AMI, 스마트 그리드(Smart Grid), 인텔리그리드(IntelliGrid) 등 인프라(Infrastructure) 차원의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 국내의 경우도 ETRI, 한국전기연구원과 한전KDN 등에서 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 일부 기업에서는 집합 건물의 전력사용량을 표시하는 옥외용 전자식 전력량계를 개발하여 제조 판매하고 있다.
<3> 또한, 최근 주택 내에 설치하여 전력 사용자들이 실시간으로 전력 사용량을 모니터링하고, 전력 사용을 제한할 뿐만 아니라 대기전력을 차단할 수 있는 옥내용 제품들이 많이 개발되고 있다.
<4> 기존의 가정에서 소비하는 전력량을 측정하는 장치들은 기존의 한전계량기를 제외한 스마트 플러그 타입, 서브 미터 타입 등이 있다. 전력 총량을 측정할 수 있는 장치로는 한전계량기와 스마트 미터 타입이 있는데, 서브 미터 타입은 기존의 방식(한전계량기)과 달리 새롭게 설치되는 방식이기 때문에 분전반의 내/외부 설치상의 문제점을 동반한다.
<5> 가정용 분전반의 내부에 전력량 측정 장치가 설치될 경우, 가정용 분전반 내에 흐르는 전류는 전류 센서(Current Transformer Sensor; CT 센서)를 이용하여 측정할 수 있고, 가정용 분전반에 인가되는 전압은 유선 연결을 통해 측정할 수 있다. 이러한 방식은 전력 계산의 정확도를 높일 수 있으나, 설치가 어렵고, 통신 방식에서 제약이 발생하는 문제점이 있었다.
<6> 또한, 전력량을 측정하는 방식 중에서, 설치가 용이한 전류 센서만을 이용하여 전력량을 계산하는 방식도 있으나, 이 경우 전력 계산의 정확도가 낮아지는 문제점이 있었다.
<7> 본 발명의 목적은 설치가 용이하고, 전력 측정의 정확성을 높일 수 있는 스마트 전력 측정 시스템을 제공하는 것이다.
<8> 본 발명의 다른 목적은 전자기 유도 하베스팅 기술을 이용하여 전원 공급 없이 구동이 가능하고, 측정된 전압값과 전류값의 동기화를 통해 전력 측정의 정확도를 높일 수 있는 스마트 전력 측정 시스템을 제공하는 것이다.
<9> 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 외부 전력 공급원으로부터 인가되는 전력을 적어도 하나의 콘센트에 분배하는 분전반에 설치되는 전류 센서부, 및 상기 콘센트에 결합되고, 상기 콘센트에 인가되는 전압을 측정하여, 측정된 전압값을 상기 전류 센서부에 무선으로 전달하는 전압 센서부를 포함하되, 상기 전류 센서부는, 상기 분전반에 흐르는 전류를 측정하는 구동 전력 수집부와, 상기 전압 센서부에서 측정된 상기 전압값을 수신하는 무선 통신부와, 상기 무선 통신부에서 수신된 상기 전압값과 상기 구동 전력 수집부에서 측정된 전류값을 이용하여, 전력량을 계산하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 구동 전력 수집부는, 상기 분전반에 흐르는 전류를 측정하고, 유도 교류 전원을 생성하는 전류 센서와, 상기 전류 센서에서 생성된 상기 유도 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터와, 변환된 상기 직류 전원을 저장하는 에너지 저장 장치와, 상기 에너지 저장 장치 및 상기 AC-DC 컨버터를 제어하는 파워 관리 회로를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 외부 전력 공급원으로부터 인가되는 전력을 적어도 하나의 콘센트에 분배하는 분전반에 설치되어, 상기 분전반에 흐르는 전류값를 측정하는 전류 센서부, 상기 콘센트에 결합되고, 상기 콘센트에 인가되는 전압값을 측정하는 전압 센서부, 및 상기 전류 센서부 또는 상기 전압 센서부로부터 데이터를 수신하는 사용자 단말기를 포함하되, 상기 전류 센서부, 상기 전압 센서부 및 상기 사용자 단말기 중 어느 하나는, 상기 전류값 및 상기 전압값 중 적어도 하나를 무선으로 수신하여 전력량을 계산한다.
<10> 본 발명에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 상호 간에 무선 통신이 가능한 전류 센서부 및 전압 센서부를 포함하되, 전류 센서부는 분전반에 거치하는 것만으로 설치를 완료할 수 있고, 전압 센서부는 가정 내의 콘센트에 연결하는 것만으로 설치가 완료된다. 이를 통해, 사용자는 스마트 전력 측정 시스템을 가정 내에 쉽게 설치할 수 있어, 사용자의 편의성이 증대된다. 또한, 본 발명의 스마트 전력 측정 시스템은 분전반에서 측정한 전류값과 콘센트에서 측정한 전압값을 모두 이용하여 전력을 계산할 수 있어, 전력 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
<11> 또한, 본 발명에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 전자기 유도 하베스팅 기술을 이용하여 전원 공급 없이 구동이 가능하므로, 전력 측정 시스템의 유지 및 관리에 필요한 비용을 절약할 수 있다. 또한, 측정된 전압값과 전류값에 동기화를 수행하여 이용함으로써, 전력 측정의 정확도를 높일 수 있다. 이를 통해, 가정 내의 정확한 사용 전력량 모니터링이 가능하고, 이러한 데이터를 가정에서 사용하는 에너지를 절약하는 데 이용할 수 있다.
<12> 또한, 본 발명에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 사용자의 단말기에 사용된 전력량에 대한 기간별 통계자료를 제공하고, 시간대별 전력 가격표를 이용하여 상기 구동 전력 수집부의 동작 시간을 결정함으로써, 시스템 운영에 필요한 비용을 최적화시킬 수 있다.
<13> 도 1은 전력 계통에 설치된 본 발명의 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
<14> 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
<15> 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
<16> 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
<17> 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템에 포함된 제어부를 나타내는 블럭도이다.
<18> 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템에 포함된 제어부의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
<19> 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<20> 이하, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<21> 도 1은 전력 계통에 설치된 본 발명의 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
<22> 도 1을 참조하면, 일반적인 전력 계통에 있어서, 가정에 공급되는 전력은 분전반(20)을 통해 외부 전력 공급원(10)으로부터 제공받을 수 있다. 이때, 각 가정에는 복수의 전자기기(40)들을 연결할 수 있는 콘센트(30)가 구비된다.
<23> 즉, 외부 전력 공급원(10)으로부터 가정에 공급되는 전력은 각 가정마다 마련되는　분전반(20)을 통하여 콘센트(30)에 연결된 전자기기(40)로 공급될 수 있다.
<24> 구체적으로, 외부 전력 공급원(10)은 발전소와 같은 외부 전력 발전원으로서 상기 외부 전력 공급원(10)에서 유입되는 전력은 분전반(20)을 통하여 가정 내 전자기기(40)를 포함하는 다양한 부하로 공급될 수 있다.
<25> 분전반(20)은 외부 전력 공급원(10)으로부터 유입되는 전력을 복수의 콘센트(30)에 분배할 수 있으며, 이를 통해 가정 내의 전자기기와 같은 다양한 부하로 인가되도록 할 수 있다.
<26> 콘센트(30)는 국내에서 이용되는 220V의 전압을 제공하는 일반적인 콘센트 단자(32, 34)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도면과 다른 형상의 콘센트 단자 및 다른 전압을 제공하는 콘센트 단자로 변형되어 실시될 수 있다.
<27> 본 발명의 스마트 전력 측정 시스템은 전류 센서부(100)와 전압 센서부(200)를 포함한다.
<28> 전류 센서부(100)는 분전반(20)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 전류 센서부(100)는 앞에서 설명한 분전반(20) 내부에 설치될 수 있다. 전류 센서부(100)는 전류 센서를 포함하며, 상기 전류 센서는 전류 센서부(100) 내부에 거치되는 것만으로 설치될 수 있다. 상기 전류 센서는 분전반(20)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류 센서부(100)는 분전반(20) 내부에 형성된 전선의 둘레를 감싸도록 거치될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<29> 전압 센서부(200)는 콘센트(30)에 인가되는 전압을 측정한다. 전압 센서부(200)는 콘센트(30)와 결합 가능한 플러그 형상을 포함할 수 있다. 전압 센서부(200)는 콘센트(30)와 결합됨으로써, 콘센트(30)에 인가되는 전압을 측정하고, 측정된 전압값을 전류 센서부(100) 또는 사용자 단말기에 무선으로 전송할 수 있다. 이에 대한 설명은 이하에서 자세히 후술하도록 한다.
<30> 본 발명의 일 실시예에서 전류 센서부(100)는 전압 센서부(200)로부터 측정된 전압값을 무선으로 수신하고, 전류 센서부(100)에서 측정한 전류값과 수신한 전압값을 이용하여, 외부 전력 공급원(1)으로부터 공급되는 전력이 가정(3) 내의 가전기기들에서 어떻게 사용되는지 전력의 사용 상태 및 사용 전력량을 계산할 수 있다.
<31> 또한, 전류 센서부(100)는 가전기기들의 전력 사용량 및 사용 패턴 정보를 이용하여 에너지 절약을 위한 가전기기들의 동작 제어를 수행할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<32> 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
<33> 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템은 전류 센서부(100), 전압 센서부(200) 및 사용자 단말기(300)를 포함한다
<34> 전류 센서부(100)는 외부 전력 공급원(10)으로부터 인가되는 전력을 적어도 하나의 콘센트(30)에 분배하는 분전반(20)에 설치된다.
<35> 구체적으로, 전류 센서부(100)는 분전반(20)에 설치되며, 구동전력 수집부(110), 무선 통신부(120), 제어부(130)를 포함할 수 있다.
<36> 구동전력 수집부(110)는 분전반(20)에 흐르는 전류를 측정하고, 전자기 유도를 통하여 전력을 생산하며, 생산된 전력을 저장할 수 있다.
<37> 구체적으로, 구동전력 수집부(110)는 전류 센서(112), AD-DC 컨버터(114), 파워 관리 회로(116)(PMIC), 에너지 저장 장치(118)를 포함할 수 있다.
<38> 전류 센서(112)는 분전반(20)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 전류 센서(112)는 일반적인 CT 센서를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전류 센서(112)는 홀 센서(Hall Sensor)를 포함하거나, Shunt Resistor 방식을 이용한 전류 측정 방식이 이용될 수 있다. 또한, 전류 센서(112)는 전자기 유도 방식을 이용하여 AC 전원인 유도 교류 전원을 생성할 수 있고, 생성된 유도 교류 전원을 AD-DC 컨버터(114)에 제공할 수 있다.
<39> AD-DC 컨버터(114)는 전류 센서(112)에서 생성된 유도 교류 전원을 직류 전원으로 변환할 수 있다. AD-DC 컨버터(114)는 교류 전원을 정류하여 직류 전원으로 변환하는 정류 회로와, 정류된 직류 전원을 수집하여 임시로 저장하는 충전 회로를 포함할 수 있다. 또한, 일정한 직류 전원을 생성하는 출력 전압 조정기를 더 포함할 수 있다.
<40> AD-DC 컨버터(114)에서 생성된 직류 전원은 무선 통신부(120) 및 제어부(130)에 제공되어, 무선 통신부(120) 및 제어부(130)를 동작시키는 데 이용될 수 있다.
<41> AD-DC 컨버터(114)에서 변환되고 수집된 전력은 파워 관리 회로(116)에 전달된다. 파워 관리 회로(116)는 AD-DC 컨버터(114)로부터 생성된 직류 전원을 에너지 저장 장치(118)에 전달할 수 있다. 또한, 파워 관리 회로(116)는 AD-DC 컨버터(114) 및 에너지 저장 장치(118)의 동작을 제어할 수 있다.
<42> 에너지 저장 장치(118)는 파워 관리 회로(116)를 통해 전달받은 전력을 저장할 수 있다. 에너지 저장 장치(118)는 복수의 배터리를 포함할 수 있으며, 복수의 배터리는 파워 관리 회로(116)에 의해 관리되거나, 에너지 저장 장치(118)에서 자체적으로 관리될 수 있다.
<43> 이때, 에너지 저장 장치(118)는 파워 관리 회로(116)로부터 인가되는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 일정 시점 또는 사용자 요청시점에 전류 센서부(100) 내의 각 구성요소로 인가할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 장치(118)는 심야시간과 같이 전력 소비가 적거나 전력 사용 요금이 저렴한 시간대에 전력을 저장하고, 전력 수요량이 급증하거나 전력 사용 요금이 높은 시간대에 상기 저장된 전력을 전류 센서부(100) 내의 구성요소로 전달할 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 하나의 실시예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<44> 무선 통신부(120)는 전압 센서부(200)에서 측정된 전압값(Va)을 수신하여 제어부(130)에 전달할 수 있다. 이때, 무선 통신부(120)는 구동전력 수집부(110)에서 제공되는 전원으로 동작할 수 있다.
<45> 무선 통신부(120)는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)이 이용되는 무선 인터넷 모듈, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee가 이용되는 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 등 다양한 형태의 무선통신 모듈을 이용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<46> 제어부(130)는 무선 통신부(120)에서 수신한 전압값(Va)과 구동전력 수집부(110)에서 측정된 전류값(Ia)을 이용하여, 가정 내에서 사용되는 전력량을 계산할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 상기 전압값(Va)과 상기 전류값(Ia)을 이용하여 유효전력, 무효전력, 실효전력 또는 역률을 계산할 수 있다. 구체적인 계산 방법의 경우, 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있는 영역이므로 여기에서 자세한 설명은 생략하도록 한다.
<47> 제어부(130)는 무선 통신부(120)와 마찬가지로 구동전력 수집부(110)에서 제공되는 전원으로 동작할 수 있다. 제어부(130)는 무선 통신부(120) 및 구동전력 수집부(110)의 동작을 제어하며, 계산된 전력값을 무선 통신부(120)을 통해 사용자 단말기(300)에 무선으로 전달할 수 있다.
<48> 또한, 제어부(130)는 사용자 단말기(300)에 사용된 전력량에 대한 기간별 통계자료를 제공하고, 시간대별 전력 가격표, 전력 소비 패턴 등을 이용하여 구동전력 수집부(110)의 동작 시간을 결정할 수 있다. 이때 전력 소비 패턴에 대한 정보는 NILM(Non-intrusive Load Monitoring) 알고리즘을 통하여 취득할 수 있다. 상기 NILM알고리즘은 상기 분전반(20)에 연결되는 전자기기들(40) 각각이 소모하는 전력량 및 전력 사용 패턴을 분석할 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 하나의 예시에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<49> 전압 센서부(200)는 콘센트(30)에 결합되고, 상기 콘센트(30)에 인가되는 전압을 측정하여, 측정된 전압값(Va)을 전류 센서부(100)에 무선으로 전달할 수 있다.
<50> 구체적으로, 전압 센서부(200)는 전압 센서(210)와 무선 통신부(220)를 포함할 수 있다. 전압 센서부(200)는 상기 콘센트(30)에 결합 가능한 플러그 형상을 포함하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<51> 전압 센서(210)는 콘센트(30)에 인가되는 전압을 측정하여, 측정된 전압값(Va)을 무선 통신부(220)에 전달한다.
<52> 무선 통신부(220)는 전압 센서(210)에서 측정된 전압값(Va)을 전류 센서부(100)에 무선으로 전달할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자 단말기(300)에 측정된 전압값(Va)을 무선으로 전달할 수 있다. 무선 통신부(220)는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)이 이용되는 무선 인터넷 모듈, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee가 이용되는 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 등 다양한 형태의 무선통신 모듈을 이용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<53> 사용자 단말기(300)는 전류 센서부(100) 또는 전압 센서부(200)로부터 무선으로 데이터를 수신하여 화면에 표시할 수 있다. 예를 들어, 사용자 단말기(300)는 전류 센서부(100)의 제어부(130)에서 계산된 전력량을 수신하여 화면에 표시함으로써 사용자에게 전력량에 대한 정보를 제공할 수 있다.
<54> 이때, 사용자 단말기(300)는 전류 센서부(100)로부터 가정 내에서 사용되는 전력의 유효전력, 무효전력, 실효전력 또는 역률 등의 데이터를 수신할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<55> 사용자 단말기(300)는 휴대폰(Mobile Phone), 스마트 폰(Smart Phone), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 데스크톱(Desktop), 노트북(Notebook), 태블릿(Tablet) 등과 같은 임의의 컴퓨팅 시스템일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<56> 본 발명은 전류 센서부(100)를 분전반(20)에 거치시키고, 전압 센서부(200)를 콘센트(30)에 결합시키는 것만으로 설치를 마칠 수 있어, 종래의 전력 측정 장치보다 설치의 편의성이 증대된다. 또한, 전류 센서부(100)와 전압 센서부(200)는 무선으로 데이터 통신을 수행하며, 사용자 단말기(300)와도 무선으로 데이터 통신을 수행하는 바, 설치 및 운용시, 배선을 신경쓰지 않아도 되는 장점이 있다.
<57> 또한, 본 발명의 스마트 전력 측정 시스템은 분전반에서 측정한 전류값(Ia)과 콘센트에서 측정한 전압값(Va)을 모두 이용하여 전력을 계산할 수 있어, 전력 측정의 정확도를 높게 유지할 수 있다.
<58> 또한, 본 발명에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 전자기 유도 하베스팅 기술을 이용하여 전원 공급 없이 구동이 가능하므로, 전력 측정 시스템의 유지 및 관리에 필요한 비용을 절약할 수 있다.
<59> 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
<60> 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템은 전류 센서부(101), 전압 센서부(201) 및 사용자 단말기(300)를 포함한다
<61> 이때, 도 2를 참조하여 설명한 스마트 전력 측정 시스템과의 차이점으로, 도 3에 나타난 스마트 전력 측정 시스템은 전력량 계산의 주체가 전압 센서부(201)가 된다. 이때, 전압 센서부(201)는 전류 센서부(101)로부터 측정된 전류값(Ia)을 수신하고, 수신된 전류값(Ia)과 전압 센서부(201)에서 측정한 전압값(Va)을 이용하여 전력량을 계산한다. 이어서, 계산된 전력값을 사용자 단말기(300)에 전달할 수 있다.
<62> 구체적으로, 전류 센서부(101)는 분전반(20)에 설치되며, 구동전력 수집부(110), 무선 통신부(120)를 포함할 수 있다. 전류 센서부(101)에 포함된 구동전력 수집부(110) 및 무선 통신부(120)는 도 2를 참조하여 설명한 전류 센서부(100)에 포함된 구성요소와 실질적으로 동일하게 동작할 수 있다.
<63> 이때, 무선 통신부(120)는 구동전력 수집부(110)에서 측정한 전류값(Ia)을 전압 센서부(201)에 무선으로 전달할 수 있다.
<64> 전압 센서부(200)는 콘센트(30)에 결합되고, 상기 콘센트(30)에 인가되는 전압을 측정하여, 측정된 전압값(Va)과 전류 센서부(101)로부터 수신한 전류값(Ia)을 이용하여 전력량을 계산할 수 있다.
<65> 구체적으로, 전압 센서부(201)는 전압 센서(210), 무선 통신부(220), 및 제어부(230)를 포함할 수 있다. 전압 센서부(200)는 상기 콘센트(30)에 결합 가능한 플러그 형상을 포함하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<66> 전압 센서(210)는 콘센트(30)에 인가되는 전압을 측정하여, 측정된 전압값(Va)을 무선 통신부(220) 및 제어부(230)에 전달한다.
<67> 무선 통신부(220)는 전류 센서부(101)에서 측정한 분전반(20)에 흐르는 전류값(Ia)을 제어부(230)에 전달할 수 있다.
<68> 제어부(230)는 무선 통신부(220)에서 수신한 전류값(Ia)과 전압 센서(210)에서 측정된 전압값(Va)을 이용하여, 가정 내에서 사용되는 전력량을 계산할 수 있다. 이때, 제어부(230)는 상기 전압값(Va)과 상기 전류값(Ia)을 이용하여 유효전력, 무효전력, 실효전력 또는 역률을 계산하여, 사용자 단말기(300)에 제공할 수 있다.
<69> 또한, 제어부(230)는 사용자 단말기(300)에 사용된 전력량에 대한 기간별 통계자료를 제공하고, 시간대별 전력 가격표, 전력 소비 패턴 등의 제공할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<70> 이때, 도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 무선 통신부(220)와 제어부(230)는 전압 센서(210)로부터 전달받은 전원을 통해 동작할 수 있다.
<71> 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 동일한 사항에 대해서는 중복된 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
<72> 도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템은 전류 센서부(102), 전압 센서부(202) 및 사용자 단말기(300)를 포함한다
<73> 이때, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템과의 차이점으로, 도 4에 나타난 스마트 전력 측정 시스템은 전력량 계산의 주체가 사용자 단말기(300)가 된다. 이때, 사용자 단말기(300)는 전류 센서부(101)로부터 측정된 전류값(Ia)을 수신하고, 전압 센서부(202)로부터 측정된 전압값(Va)을 수신한 뒤, 수신된 전류값(Ia) 및 전압값(Va)을 이용하여 전력량을 계산할 수 있다. 이어서, 계산된 전력값을 사용자 단말기(300)의 화면에 표시될 수 있다.
<74> 전류 센서부(102)는 도 3을 참조하여 설명한 전류 센서부(101)와 실질적으로 동일하고, 전압 센서부(202)는 도 2를 참조하여 설명한 전압 센서부(200)와 실질적으로 동일한 바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
<75> 사용자 단말기(300)는 전류 센서부(102)에서 측정한 전류값(Ia)과, 전압 센서부(202)에서 측정한 전압값(Va)을 무선으로 수신하여, 가정 내에서 사용되는 전력량을 계산할 수 있다. 이때, 사용자 단말기(300)는 상기 전압값(Va)과 상기 전류값(Ia)을 이용하여 유효전력, 무효전력, 실효전력 또는 역률을 계산하여, 화면에 표시할 수 있다.
<76> 또한, 사용자 단말기(300)는 사용된 전력량에 대한 기간별 통계자료를 제공하고, 시간대별 전력 가격표, 전력 소비 패턴 등을 이용하여 전류 센서부(100) 및 전압 센서부(200)의 동작 시간을 결정하고 제어할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<77> 즉, 본 발명에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 사용자 단말기(300)에 사용된 전력량에 대한 기간별 통계자료를 제공하고, 시간대별 전력 가격표를 이용하여 상기 구동 전력 수집부의 동작 시간을 결정함으로써, 시스템 운영에 필요한 비용을 최적화시킬 수 있다.
<78> 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템에 포함된 제어부를 나타내는 블럭도이다. 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템에 포함된 제어부의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
<79> 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템에 포함된 제어부는 전류 센서부(100)에서 측정된 전류값 및 전압 센서부(200)에서 측정된 전압값을 이용하여 전력량을 계산한다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 전류 센서부(100)에 포함된 제어부(130)를 예를 들어 설명하도록 한다.
<80> 제어부(130)는 전류 관리부(132)(Current Manager), 전력 관리부(134)(Power Manager), 전압 관리부(136)(Voltage Manager)를 포함할 수 있다.
<81> 우선, 전류 관리부(132)는 측정된 전류값에 대한 전류 실효값(Irms)과 위상이 '0'이 되는 시점의 전류값에 관한 데이터를 전력 관리부(134)에 전달한다(S110). 예를 들어, 전류 관리부(132)는 매초마다 상기 데이터를 전력 관리부(134)에 전달할 수 있다.
<82> 이어서, 전력 관리부(134)는 전류 관리부(132)로부터 데이터가 수신된 시점의 시간을 확인한다(S115).
<83> 이어서, 전력 관리부(134)는 전압 관리부(136)에 측정된 전압값에 대한 데이터를 요청한다(S120).
<84> 이어서, 전압 관리부(136)는 전력 관리부(134)로부터 요청이 수신된 시간을 확인한다(S125).
<85> 이어서, 전압 관리부(136)는 측정된 전압값에 대한 전압 실효값(Vrms)과 위상이 '0'이 되는 시점의 전압값에 관한 데이터를 전력 관리부(134)에 전달한다(S130).
<86> 이어서, 전력 관리부(134)에서 전류 관리부(132)로부터 수신한 데이터와 전압 관리부(136)로부터 수신한 데이터를 기초로, 전력값을 계산한다(S140). 예를 들어, 전력 관리부(134)는 전류 실효값(Irms), 전압 실효값(Vrms) 및 위상이 '0'이 되는 시점에서의 전류값 및 전압값을 추출하여, 피상전력, 유효전력, 무효전력, 및 역률을 계산할 수 있다. 전력 관리부(134)는 측정된 전압값과 전류값의 동기화(Sync.)를 통하여, 동일한 위상의 전압값 및 전류값을 추출하여 전력량을 계산할 수 있다.
<87> 즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스마트 전력 측정 시스템은, 측정된 전압값과 전류값에 동기화를 수행하여 이용함으로써, 전력 측정의 정확도를 높일 수 있다. 이를 통해, 가정 내의 정확한 사용 전력량 모니터링이 가능하고, 이러한 데이터를 가정에서 사용하는 에너지를 절약하는 데 이용할 수 있다.
<88> 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 전류 센서부 110: 구동전력 수집부
120: 무선 통신부 130: 제어부
200: 전압 센서부 300: 사용자 단말기

Claims (16)

  1. 외부 전력 공급원으로부터 인가되는 전력을 적어도 하나의 콘센트에 분배하는 분전반에 설치되는 전류 센서부; 및
    상기 콘센트에 결합되고, 상기 콘센트에 인가되는 전압을 측정하여, 측정된 전압값을 상기 전류 센서부에 무선으로 전달하는 전압 센서부를 포함하되,
    상기 전류 센서부는,
    상기 분전반에 흐르는 전류를 측정하는 구동 전력 수집부와,
    상기 전압 센서부에서 측정된 상기 전압값을 수신하는 무선 통신부와,
    상기 무선 통신부에서 수신된 상기 전압값과 상기 구동 전력 수집부에서 측정된 전류값을 이용하여, 전력량을 계산하는 제어부를 포함하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 전력 수집부는,
    상기 분전반에 흐르는 전류를 측정하고, 유도 교류 전원을 생성하는 전류 센서와,
    상기 전류 센서에서 생성된 상기 유도 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터와,
    변환된 상기 직류 전원을 저장하는 에너지 저장 장치와,
    상기 에너지 저장 장치 및 상기 AC-DC 컨버터를 제어하는 파워 관리 회로를 포함하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 구동 전력 수집부는, 변환된 상기 직류 전원을 상기 제어부 및 상기 무선 통신부에 제공하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 무선 통신부는, 상기 제어부에서 계산된 전력량에 관한 데이터를 사용자 단말기에 무선으로 전송하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 사용자 단말기에 사용된 전력량에 대한 기간별 통계자료를 제공하고, 시간대별 전력 가격표를 이용하여 상기 구동 전력 수집부의 동작 시간을 결정하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전압값 및 상기 전류값을 이용하여, 유효전력, 무효전력, 실효전력 또는 역률을 계산하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전압값과 상기 전류값의 동기화를 통해, 동일한 위상의 전압값 및 전류값을 추출하여 전력량을 계산하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 센서부는, 상기 콘센트에 결합 가능한 플러그 형상을 포함하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  9. 외부 전력 공급원으로부터 인가되는 전력을 적어도 하나의 콘센트에 분배하는 분전반에 설치되어, 상기 분전반에 흐르는 전류값를 측정하는 전류 센서부;
    상기 콘센트에 결합되고, 상기 콘센트에 인가되는 전압값을 측정하는 전압 센서부; 및
    상기 전류 센서부 또는 상기 전압 센서부로부터 데이터를 수신하는 사용자 단말기를 포함하되,
    상기 전류 센서부, 상기 전압 센서부 및 상기 사용자 단말기 중 어느 하나는,
    상기 전류값 및 상기 전압값 중 적어도 하나를 무선으로 수신하여, 전력량을 계산하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 전류 센서부는,
    상기 분전반에 흐르는 전류를 측정하는 구동 전력 수집부와,
    상기 전압 센서부에서 측정된 상기 전압값을 수신하는 제1 무선 통신부와,
    상기 수신된 전압값과 상기 구동 전력 수집부에서 측정된 전류값을 이용하여, 전력량을 계산하는 제1 제어부를 포함하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 구동 전력 수집부는,
    상기 분전반에 흐르는 전류를 측정하고, 유도 교류 전원을 생성하는 전류 센서와,
    상기 전류 센서에서 생성된 상기 유도 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터와,
    변환된 상기 직류 전원을 저장하는 에너지 저장 장치와,
    상기 에너지 저장 장치 및 상기 AC-DC 컨버터를 제어하는 파워 관리 회로를 포함하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 구동 전력 수집부는, 변환된 상기 직류 전원을 상기 제1 제어부 및 상기 제1 무선 통신부에 제공하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 전압 센서부는,
    상기 콘센트에 인가되는 전압을 측정하는 전압 센서와,
    상기 전류 센서부에서 측정된 상기 전류값을 수신하는 제2 무선 통신부와,
    상기 수신된 전류값과 상기 전압 센서에서 측정된 전압값을 이용하여, 전력량을 계산하는 제2 제어부를 포함하는,
    스마트 전력 측정 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전압 센서부는, 상기 콘센트에 결합 가능한 플러그 형상을 포함하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 사용자 단말기는, 상기 전류 센서부로부터 수신한 상기 전류값과, 상기 전압 센서부로부터 수신한 상기 전압값을 이용하여, 유효전력, 무효전력, 실효전력 또는 역률을 계산하는
    스마트 전력 측정 시스템.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 전류 센서부, 상기 전압 센서부 및 상기 사용자 단말기 중 어느 하나는, 상기 전압값과 상기 전류값을 동기화시켜, 동일한 위상을 갖는 전압값 및 전류값을 추출하여 전력량을 계산하는
    스마트 전력 측정 시스템.
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