KR20200019926A - 스마트플러그 장치에서 이벤트 감지장치 및 방법 - Google Patents

스마트플러그 장치에서 이벤트 감지장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대상 기기로 인가되는 전력 공급 경로에 설치된 스마트플러그에서 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 스마트플러그를 구성하는 전력 측정부가 상기 대상 기기로의 공급 전력을 측정하고, 이벤트 판단부가 전력 측정부에 의해 측정된 공급 전력이 가지는 전력 신호 특성을 기반으로 상기 대상 기기에서 발생한 이벤트를 예측한다. 상기 전력 신호 특성은 상기 대상 기기에서 상기 이벤트가 발생하기 이전의 공급 전력을 기준으로 하여 상기 이벤트의 발생으로 인한 공급 전력의 변화 특성을 나타낸다.

Description

스마트플러그 장치에서 이벤트 감지장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING EVENT IN A SMART PLUG}
본 발명은 대상 기기로 인가되는 전력 공급 경로에 설치된 스마트플러그에서 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
홈 네트워크 시스템은 통신 기술의 발전으로 다양한 근거리 무선 통신 기술이 개발과, 댁 내의 전자 제품 간의 연동이 필연적으로 요구됨에 따라, 그 활용 가능성 및 수요가 증대하고 있다.
상기 홈 네트워크 시스템은 통신 기능을 이용하여 다른 기기와의 정보 교환이 가능한 스마트 기기의 개발로 인해, 구성 기기에 대한 정보를 수집할 수 있는 스마트 홈 네트워크 시스템으로 발전하고 있다. 상기 스마트 홈 네트워크 시스템은 스마트 기기들의 연동으로 새로운 가치를 제공하는 것이 가능해졌다.
하지만 가정에 보급된 스마트 기기는 텔레비전 정도로써, 스마트 홈 네트워크 시스템의 활용 시나리오를 확장하는 것이 자유롭지 못하다. 그로 인해 스마트 홈 네트워크 시스템 이전단계인 레거시 (legacy) 제품을 활용하는 '홈 오토메이션 시스템'에서 활용 할 수 있는 아이디어가 필요하다.
일 예로 홈 오토메이션 시스템의 가장 기본적인 기능은 감시 (monitoring) 기능과 제어 기능이다. 상기 홈 오토메이션 시스템은 레거시 기기를 활용할 수 있어, 추가적인 스마트 기기를 구매하지 않고도 확장 가능성을 높일 수 있다. 즉 추가 센서를 부착 또는 설치한 레거시 기기는 자신의 개별 동작 외에도 인접 레거시 기기의 개별 동작을 감지하고, 상기 감지에 따른 정보를 외부에 구비된 정보 수집 기기에게 전달할 수 있다. 이로써 레거시 기기는 외부에 구비된 기기와의 연동이 가능하다. 상기 정보 수집 기기는 다수의 레거시 기기들로부터 수집한 정보를 사용자 혹은 제3자에게 제공할 수도 있다.
예를 들면, 냉장고 문에 추가 센서를 설치하고, 상기 설치된 추가 센서를 통해 냉장고 문의 개폐 여부를 감시하며, 상기 감시에 의해 수집한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 홈 오토메이션 시스템을 구성하는 각 레거시 기기에서 발생하는 다양한 이벤트 (세부동작)를 감시하기 위해서는, 이벤트에 따른 특징을 감시하기에 알맞은 개별 센서를 부착 또는 설치하여야 한다.
일반적인 홈 오토메이션 시스템에서는 각 레거시 기기에서 발생하는 이벤트를 감시하기 위해서는 개별적인 센서 등을 부착 또는 설치하여야 하나, 홈 오토메이션 시스템의 활용도를 증대시키기 위해서는 센서 등의 추가 없이도 각 레거시 기기에서 발생하는 이벤트를 감시하는 등의 활용도를 증가시킬 수 있어야 한다.
따라서 본 발명에서 제안될 실시 예에서는 추가 센서를 부착 또는 설치하지 않고도 외부로부터 동작 전력을 공급받는 전자 기기에서 발생하는 이벤트를 감시하는 스마트플러그를 제공한다.
또한 본 발명에서 제안될 실시 예에서는 종류, 모델, 용량 등과 같은 기기의 특징과 무관하게 외부로부터 동작 전력을 공급받는 전자 기기에서 발생하는 이벤트를 감시하는 스마트플러그를 제공한다.
또한 본 발명에서 제안하는 실시 예에서는 대상 기기로 전력을 공급하는 경로에 설치된 스마트플러그에서 상기 대상 기기의 동작에 따른 이벤트의 발생을 인지하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서 제안될 실시 예에서는 스마트플러그에서 대상 기기로 공급되는 전력의 변화를 감시하여 상기 대상 기기에서의 이벤트 발생을 예측하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서 제안될 실시 예에서는 스마트플러그에서 대상 기기로의 공급 전력이 가지는 전력 신호 특성을 기반으로 상기 대상 기기에서의 이벤트 발생을 감시하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서 제안될 실시 예에서는 스마트플러그에서 대상 기기의 유효 전력과 피상 전력 간의 비를 정의하는 역률 (Power Factor)을 활용하여 상기 대상 기기에서의 이벤트 발생을 감시하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서 제안될 실시 예에서는 스마트플러그에서 대상 기기가 특정 동작 모드로 동작할 때와 그렇지 않을 때, 동일 이벤트 발생을 인지하기 위한 적어도 하나의 임계 값을 설정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에서 제안된 실시 예에 따른 대상 기기로의 전력 공급 경로에 설치되어 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 감지하는 스마트플러그 장치는, 전력 측정부, 상기 전력 측정부를 통하여 상기 대상 기기로 공급되는 전력을 확인하고, 상기 전력에 기반하여 상기 대상 기기를 결정하는 기기 판단부, 및 이벤트 판단부를 포함하고, 상기 이벤트 판단부는, 상기 대상 기기에서 이벤트가 발생하기 이전의 상기 전력을 기준으로 상기 이벤트의 발생으로 인한 상기 전력의 변화 특성을 나타내는 전력 신호 특성을 확인하고, 및 상기 전력 신호 특성에 기반하여, 상기 대상 기기에서 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 제안될 실시 예에 따른 대상 기기로의 전력 공급 경로에 설치된 스마트플러그 장치에서 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 감지하는 방법은, 상기 대상 기기로 공급되는 전력을 측정하는 과정, 상기 전력에 기반하여 상기 대상 기기를 결정하는 과정, 상기 대상 기기에서 이벤트가 발생하기 이전의 상기 전력을 기준으로 상기 이벤트의 발생으로 인한 상기 전력의 변화 특성을 나타내는 전력 신호 특성을 확인하는 과정, 및 상기 전력 신호 특성에 기반하여, 상기 대상 기기에서 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 추가 센서를 구비하지 않고, 스마트플러그를 이용하여 대상 기기의 소비 전력을 감시하여 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 인지할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라 대상 기기의 종류, 모델, 용량 등과 상관없이 모든 전자 기기에서 발생하는 이벤트를 감시할 수 있는 호환성을 가진다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 추정되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 추정되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 설치 예를 보이고 있는 도면;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 사시도를 보이고 있는 도면;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 블록 구성에 대한 일 예를 보이고 있는 도면;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 블록 구성에 대한 다른 예를 보이고 있는 도면;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그를 구성하는 이벤트 판단부에 대한 블록 구성을 보이고 있는 도면;
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그에서 대상 기기의 이벤트 발생을 인지하기 위한 제어 흐름을 보이고 있는 도면;
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그에서 대상 기기의 이벤트 발생을 판단하기 위한 제어 흐름을 보이고 있는 도면;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그가 냉장고에서의 이벤트 발생을 판별하기 위한 서브 루틴의 동작을 보이고 있는 도면;
도 9는 유효 전력 [P], 무효 전력 [Q], 그리고 피상 전력 [S]의 관계를 보이고 있는 도면;
도 10은 전압 파형과 전류 파형의 위상 차가 존재하지 않는 예를 보이고 있는 도면;
도 11은 전압 파형과 전류 파형의 위상 차가 90도인 예를 보이고 있는 도면;
도 12는 본 발명의 실시 예를 위해 적용될 전력 프로파일의 일 예를 보이고 있는 도면;
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 컴프레서가 구동하고 있지 않을 시에 제1상한 임계 값과 제2상한 임계 값을 설정하는 예를 보이고 있는 도면;
도 14는 본 발명의 실시 예에 따라 컴프레서가 구동하고 있을 시에 제1하한 임계 값과 제2하한 임계 값을 설정하는 예를 보이고 있는 도면.
이하 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 대표적인 실시 예에 대해 개시할 것이다. 이때 설명의 편의를 위해 정의하고 있는 개체들의 명칭들은 상세한 설명에 있어서 동일하게 사용할 수 있다. 하지만 설명의 편의를 위해 사용된 명칭들이 권리를 한정하는 것은 아니며, 유사한 기술적 배경을 가지는 시스템에 대해 동일 또는 용이한 변경에 의해 적용이 가능함은 물론이다.
뿐만 아니라 하기에서의 상세한 설명에 있어 공지된 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 제안하는 기술적 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략할 것이다.
후술될 상세한 설명에서는 전력 공급원과 공급 전력에 의해 동작하는 대상 기기 사이에 설치된 스마트플러그가 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트 감지를 위한 용도의 임계 값들을 설정하기 위한 바람직한 실시 예를 제안할 것이다. 상기 이벤트 감지를 위한 용도의 임계 값들은 이벤트 발생으로 인해 소비 전력이 증가함을 검출하기 위한 적어도 하나의 포지티브 임계 값 (Positive Threshold)과 이벤트 발생으로 인해 소비 전력이 감소함을 검출하기 위한 적어도 하나의 네거티브 임계 값 (Negative Threshold)을 포함한다.
하지만 동일한 이벤트라 하더라도 대상 기기가 어떠한 동작 상태에 있는지에 따라, 소비 전력의 증가 또는 감소가 다를 수 있으므로, 상기 대상 기기의 동작 상태 별로 적어도 하나의 포지티브 임계 값과 적어도 하나의 네거티브 임계 값을 설정할 수 있다.
예컨대 대상 기기의 어떠한 동작 상태에 있더라도 특정 이벤트의 발생으로 증가하는 소비 전력을 인지하기 위한, 포지티브 전력 감지 구간을 정의하는 하나의 포지티브 상한 임계 값 (Positive High Threshold)(이하 ‘제1상한 임계 값’이라 칭함)과 하나의 포지티브 하한 임계 값 (Positive Low Threshold)(이하 ‘제1하한 임계 값’이라 칭함)을 설정한다. 즉 상기 포지티브 전력 감지 구간은 하나의 제1상한 임계 값과 하나의 제1하한 임계 값의 사이 구간에 의해 설정될 것이다.
한편 대상 기기의 어떠한 동작 상태에 있더라도 특정 이벤트의 발생으로 감소하는 소비 전력을 인지하기 위한, 네거티브 전력 감지 구간을 정의하는 하나의 네거티브 상한 임계 값 (Negative High Threshold)(이하 ‘제2상한 임계 값’이라 칭함)과 하나의 네거티브 하한 임계 값 (Negative Low Threshold)(이하 ‘제2하한 임계 값’이라 칭함)을 설정한다. 즉 상기 네거티브 전력 감지 구간은 하나의 제2상한 임계 값과 하나의 제2하한 임계 값의 사이 구간에 의해 설정될 것이다.
일 예로 상기 제1상한 임계 값과 제2상한 임계 값은 대상 기기에서 특정 동작이 이루어지고 있지 않은 상태에서 이벤트가 발생하는 시점에서의 유효 전력과 유효 전력의 바이어스 차를 기반으로 설정할 수 있다. 그리고 상기 제1하한 임계 값과 제2하한 임계 값은 대상 기기에서 특정 동작이 이루어지고 있는 상태에서 소정 시간 동안 발생하는 포지티브 잡음과 네거티브 잡음을 저장하고, 상기 저장된 잡음의 절대치가 큰 순서에 의해 일정 이상치 (outlier)를 제거한 후 가장 큰 잡음 값 또는 평균 잡음 값을 기반으로 설정할 수 있다.
후술될 상세한 설명에서는 스마트플러그가 전력 공급원에서 대상 기기로 제공되는 전력 량을 감시하고, 상기 감시를 통해 확인된 유효 전력 (Real Power)과 피상 전력 (Apparent Power)의 비에 의해 정의되는 역률 (Power Factor)과 미리 설정된 임계 값들을 이용하여 이벤트 발생 여부를 판단하기 위한 바람직한 실시 예를 제안할 것이다.
이하 본 발명에서 제안할 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 설치 예를 보이고 있다.
도 1을 참조하면, n개의 스마트플러그들(120-1, 120-n) 각각은 전력 공급원(110)에 의해 대상 기기들(130-1, 130-n)로 동작 전력이 공급되는 경로에 설치된다. 즉 스마트플러그#1(120-1)는 전력 공급원(110)에 의해 대상 기기#1(130-1)로 전력이 공급되는 경로에 위치하고, 스마트플러그#n(120-n)은 전력 공급원(110)에 의해 대상 기기#n(130-n)으로 전력이 공급되는 경로에 위치한다. 일 예로 스마트플러그(120)는 벽 등에 설치된 콘센트와 대상 기기(130)의 전원 코드 사이를 결속하도록 설치될 수 있다. 상기 벽 등에 설치된 콘센트는 상기 전력 공급원(110)이 될 수 있다.
상기 대상 기기(130)는 스마트플러그(120)를 통해 상기 전력 공급원(110)으로부터 공급되는 전력을 동작 전력으로 사용할 수 있다.
상기 스마트플러그(120)는 개별 가전 제품, 즉 대상 기기(130)의 소비 전력을 감시 및 제어하도록 설계된다. 상기 스마트플러그(120)는 대상 기기(130)에서 소비되는 전력을 분석한 전력 프로파일을 이용하여 상기 대상 기기(130)에서의 특정 이벤트 발생을 감시하기 위한 용도의 임계 값들을 설정한다. 상기 전력 프로파일은 대상 기기의 종류 별로 정의되는 것이 바람직하다. 또한 대상 기기가 동일한 종류라고 라고 하더라도, 브랜드, 용량 등의 차이를 고려하여 전력 프로파일을 독립적으로 정의하는 것이 바람직할 것이다. 그 이유는 대상 기기의 종류, 브랜드, 용량 등에 따라 유효 전력의 변환 값이 다를 수 있기 때문이다. 상기 유효 전력의 변화 값이 다르다는 것은 전력 프로파일의 특성이 다를 수 있음을 의미한다.
상기 스마트플러그(120)는 대상 기기로 공급되는 전력을 감시하고, 상기 감시되는 전력의 변화를 나타내는 지표 (일 예로 역률)와 미리 설정된 임계 값들을 기반으로 상기 대상 기기(130)에서의 특정 이벤트 발생을 감시한다. 상기 스마트플러그(120)는 대상 기기(130)에서의 특정 이벤트 발생을 감시하기 위해, 별도 센서의 추가 설치를 요구하지 않는다.
상기 대상 기기(130)에서 발생하는 특정 이벤트는 상기 대상 기기(130)에 의해 제공되는 동작에 따른 것일 수 있다. 예컨대 냉장고 문의 개폐, 텔레비전(TV) 채널의 변경, 세탁기의 현재 동작 상태 (세탁, 헹굼, 탈수 등), 청소기의 먼지 막힘 등이 될 수 있다.
후술될 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 냉장고 문의 개폐에 따른 이벤트 발생 여부를 감지하기 위한 동작 예를 가정한다. 이때 스마트플러그는 미리 마련된 냉장고에 관한 전력 프로파일을 이용하여 냉장고 문의 열림 또는 닫침을 감지하게 된다. 이 경우 상기 전력 프로파일은 냉장고의 브랜드, 용량 등에 따라 유효 전력 변화 값이 다를 수 있음을 감안하여 작성하는 것이 바람직할 것이다. 이는 독거 노인의 안부 판단, 규칙적인 식습관 관리 등을 위해 활용할 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 사시도를 보이고 있다.
도 2를 참조하면, 스마트플러그의 배면에는 콘센트에 삽입을 위한 삽입 단자(210)가 구비되고, 전면에는 대상 기기의 전원 코드가 삽입될 결속 단자(220)가 구비된다. 그 외에 상기 스마트플러그는 사용자의 접촉 등을 감지하기 위한 센서(230)가 전면에 설치될 수도 있다.
상기 스마트플러그는 도 2에 도시한 형상에 의해서만 구현되는 것으로 한정되지는 않는다. 즉 상기 스마트플러그는 콘센트와 대상 기기의 전원 코드를 결속할 수 있는 구조에 의해 다양한 응용 형상을 가질 수 있음은 물론이다. 일 예로 도 2에서 배면에 구비된 삽입 단자(210)는 상단 또는 하단 또는 측면 등에 형성될 수 있을 뿐만 아니라 전면에 구비된 결속 단자(220) 또한 상단 또는 하단 또는 측면 등에 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 블록 구성에 대한 일 예를 보이고 있다. 도 3에서는 스마트플러그가 설치 시에 미리 감시할 대상 기기를 설정하는 경우에 적용될 수 있는 구성을 보이고 있다.
도 3을 참조하면, 전력 측정부(310)는 전력선을 통해 대상 기기로 공급되는 전력 량, 즉 대상 기기에서의 소비 전력 량을 측정하고, 상기 측정한 소비 전력 량에 관한 정보를 이벤트 판단부(330)로 제공한다. 일 예로 상기 전력 측정부(310)는 미리 설정된 주기에 의해 대상 기기로 공급되는 전력 량을 측정할 수 있다. 상기 공급 전력 량을 측정하기 위한 주기는 대상 기기의 종류, 대상 기기의 동작 특성 등을 고려하여 설정할 수 있다. 상기 대상 기기의 동작 특성은 사용자가 상기 대상 기기를 이용하는 습관 등을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 대상 기기가 텔레비전일 경우를 가정할 시, 텔레비전을 주로 이용하는 시간 대에서의 주기를 그렇지 않은 시간 대에 비해 짧게 설정할 수 있다.
상기 소비 전력 량을 측정하는 하나의 방안으로, 상기 전력 측정부(310)는 공급 전류와 공급 전압을 측정하고, 상기 측정한 공급 전류 및 공급 전압에 의해 소비 전력 량을 계산할 수 있다.
상기 전력 측정부(310)는 측정한 전력 량을 기반으로 소비 전력의 변화에 관한 특성 (일 예로 역률) 등을 분석하고, 상기 분석한 결과를 상기 이벤트 판단부(330)로 제공할 수도 있다. 이를 위해서는 상기 전력 측정부(310)가 정보를 처리할 수 있는 능력을 보유할 필요가 있다. 후술될 설명에서는 전력 측정부(310)에 의해 측정된 소비 전력 량에 관한 정보가 상기 이벤트 판단부(330)로 제공되는 경우로 한정하여 설명하도록 한다. 하지만 전력 측정부(310)가 소비 전력 량을 분석하여 그 결과를 상기 이벤트 판단부(330)로 제공하는 경우에 해당 기능만을 이벤트 판단부(330)가 처리하지 않는 것에 의해 쉽게 응용 가능함은 물론이다.
터치 센서부(320)는 사용자의 터치 등을 검출하고, 상기 검출에 따른 결과를 상기 이벤트 판단부(330)로 제공한다. 예컨대 사용자는 스마트플러그의 초기화, 기능 설정 등을 목적으로, 상기 터치 센서부(320)를 터치할 수 있다.
상기 이벤트 판단부(330)는 상기 전력 측정부(310)로부터 제공되는 소비 전력 량을 분석하여 전력 프로파일을 구성할 수 있다. 상기 이벤트 판단부(330)는 전력 프로파일 등을 이용하거나 상기 전력 측정부(310)로부터 제공되는 소비 전력 량을 분석하여 상기 대상 기기에서의 이벤트 발생을 감시할 것을 목적으로 하는 임계 값들을 설정한다. 상기 설정할 임계 값의 개수 및 설정 방법은 대상 기기의 특성 (종류, 브랜드, 용량 등)을 고려하여 정의될 수 있다.
대표적으로 냉장고 문의 열림과 닫힘에 따른 이벤트를 감시하고자 할 경우, 냉장고 문의 열림에 따른 이벤트를 인지하기 위한 임계 값과 닫힘에 따른 이벤트를 인지하기 위한 임계 값이 달리 설정되어야 할 것이다. 추가로 상기 냉장고 문의 열리거나 닫힘이 냉장고의 어떠한 동작 상태, 일 예로 컴프레서가 동작 중인지 동작 중이 아닌지에 따라 적용할 임계 값을 다르게 설정할 필요가 있을 것이다.
상기 이벤트 판단부(330)에서 이벤트의 발생을 감시할 목적으로 임계 값들을 설정하는 것에 대한 일 예는 도 13과 도 14를 참조하여 후술할 것이다.
상기 이벤트 판단부(330)는 이벤트를 감지할 목적으로 임계 값들에 대한 설정이 완료되었다면, 상기 전력 측정부(310)에 의해 제공되는 소비 전력 량의 분석 결과와 미리 설정된 임계 값들을 기반으로 상기 대상 기기에서 특정 이벤트가 발생하는지를 감시한다. 일 예로 상기 이벤트 판단부(330)는 상기 전력 측정부(310)에 의해 제공되는 소비 전력 량의 분석 결과가 특정 이벤트의 감지를 위해 설정한 적어도 하나의 임계 값을 만족할 시에 상기 특정 이벤트가 대상 기기에서 발생하였다고 판단한다.
상기 이벤트 판단부(330)는 대상 기기에서 발생하는 이벤트에 관한 정보를 수집하고, 상기 수집에 따른 정보를 별도의 데이터베이스를 통해 관리하거나 디스플레이 또는 통신부(340)를 통해 사용자에게 보고할 수도 있다.
상기 이벤트 판단부(330)는 상술한 바와 같은 동작을 수행하기 위한 동작 알고리즘을 구비한다. 만약 스마트플러그가 특정 대상 기기만을 위해 생산된 것이라면, 상기 이벤트 판단부(330)는 상기 특정 대상 기기만을 위한 동작 알고리즘을 구비하면 된다. 하지만 상기 스마트플러그가 사용자의 설정에 의해 대상 기기가 설정될 수 있다면, 상기 이벤트 판단부(330)는 지원 가능한 모든 종류, 브랜드, 용량 등에 따른 다양한 대상 기기 별로의 동작 알고리즘을 구비하여야 한다. 뿐만 아니라 동일한 대상 기기에 대해서도 감시할 대상 이벤트 별 동작 알고리즘을 구비할 수도 있다. 상기 이벤트 판단부(330)는 사용자에 의해 대상 기기가 설정될 시, 상기 설정된 대상 기기에 대응하여 구비한 동작 알고리즘을 구동하고, 상기 구동된 동작 알고리즘에 따라 상기 설정된 대상 기기에서의 이벤트 발생을 감시할 수 있다. 상기 이벤트 판단부(330)는 대상 기기에 대해 감지할 이벤트가 다양할 시에 각 이벤트 별 동작 알고리즘을 구비하고, 사용자에 의해 감시할 이벤트가 설정될 시, 사기 설정된 이벤트에 대응하여 구비한 동작 알고리즘을 구동시킬 수 있다.
상기 통신부(340)는 소정의 네트워크와 연동하여 외부 장치와의 통신을 수행한다. 예컨대 상기 통신부(340)는 외부 장치로부터 제공되는 대상 기기 종류 등의 정보를 수신하여 상기 이벤트 판단부(330)로 제공하고, 상기 이벤트 판단부(330)에 의해 발생하는 정보를 외부 장치로 송신한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그의 블록 구성에 대한 다른 예를 보이고 있다.
도 4에서는 스마트플러그가 설치 시에 감시할 대상 기기를 설정하지 않고, 설치 후에 측정되는 소비 전력의 특성을 분석하여 대상 기기가 무엇인지를 인지하는 경우에 적용될 수 있는 구성을 보이고 있다.
이를 위해 도 4에서 보이고 있는 스마트플러그는 도 3에서 보이고 있는 스마트플러그의 구성에 추가로 대상 기기를 인지하기 위한 기기 판단부(430)을 더 구비한 구성을 가진다. 그 외의 구성은 도 3에서 보이고 있는 구성들과 일치한다. 따라서 도 3에서의 구성과 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 기기 판단부(430)는 전력 측정부(410)에 의해 측정된 소비 전력 량을 소정 시간 동안 감시하고, 상기 소비 전력 량의 특성을 분석하여 대상 기기의 종류, 브랜드, 용량 등을 판단한다. 상기 기기 판단부(430)는 대상 기기의 판별을 위한 기기 인식 알고리즘을 구비할 수 있다.
상기 기기 판단부(430)에 의해 대상 기기를 판단하는 것 이외에 다른 구성들에 의해 이루어지는 동작은 도 3을 참조하여 설명된 바와 동일하다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그를 구성하는 이벤트 판단부에 대한 블록 구성을 보이고 있다.
도 5에서 보이고 있는 이벤트 판단부는 적응 임계값 도출 모듈 (ATM: Adaptive Threshold Module)(520)과 이벤트 검출 모듈 (EDM: Event Detect Module)(510)을 포함한다.
상기 적응 임계값 도출 모듈(520)은 대상 기기에서의 소비 전력 량을 분석한 결과 또는 대상 기기에 대응하여 미리 구성된 전력 프로파일을 이용하여 소정의 임계 값들을 설정한다. 상기 임계 값들은 대상 기기에서의 이벤트 발생을 감시할 것을 목적으로 설정된다. 상기 설정할 임계 값의 개수 및 설정 방법은 대상 기기의 특성 (종류, 브랜드, 용량 등), 이벤트의 종류 등을 고려하여 정의될 수 있다.
예컨대 냉장고 문의 열림과 닫힘에 따른 이벤트를 감시하고자 할 경우, 냉장고 문의 열림에 따른 이벤트를 인지하기 위한 임계 값과 닫힘에 따른 이벤트를 인지하기 위한 임계 값을 설정한다. 추가로 상기 냉장고 문의 열리거나 닫힘이 냉장고의 어떠한 동작 상태, 일 예로 컴프레서가 동작 중인지 동작 중이 아닌지에 따라 적용할 임계 값을 다르게 설정할 필요가 있을 것이다. 상기 적응 임계값 도출 모듈(520)에 의해 설정된 임계 값들은 이벤트 검출 모듈(510)에 적용된다.
상기 이벤트 검출 모듈(510)은 이벤트를 감지할 목적으로 설정된 임계 값들과, 대상 기기에서의 소비 전력 량에 대한 분석 결과를 기반으로 상기 대상 기기에서 특정 이벤트가 발생하는지를 감시한다. 일 예로 상기 이벤트 검출 모듈(510)은 상기 대상 기지에서의 소비 전력 량의 분석 결과가 특정 이벤트의 감지를 위해 설정한 적어도 하나의 임계 값을 만족할 시에 상기 특정 이벤트가 대상 기기에서 발생하였다고 판단한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그에서 대상 기기의 이벤트 발생을 인지하기 위한 제어 흐름을 보이고 있다.
도 6을 참조하면, 스마트플러그는 610단계에서 이벤트 발생을 감시할 대상 기기를 판별한다. 예컨대 상기 대상 기기는 냉장고, 텔레비전, 세탁기, 청소기 등의 레거시 (Legacy) 가전 기기가 될 수 있다.
예컨대 상기 스마트플러그는 운용자의 설정에 의해 대상 기기를 판별하거나 소비 전력의 감시 등을 기반으로 대상 기기를 판별할 수 있다. 일 예로 상기 스마트플러그는 대상 기기의 전력 소비를 소정 시간 동안 지속적으로 감시하여 인지한 소비 전력 량, 전력 소비 패턴 등을 이용하여 상기 대상 기기를 판별할 수 있다.
하지만 상기 스마트플러그가 특정 대상 기기만을 지원하는 것으로 고정된 경우에는 대상 기기를 판단하기 위한 동작을 반드시 요구하지는 않는다. 즉 상기 스마트플러그가 냉장고, 세탁기, 텔레비전, 청소기 등과 같은 레거시 가전 기기 중 하나의 기기만을 위해 생산되었다면, 상기 스마트플러그는 초기 설치 시에 610단계에서의 대상 기기를 판별하기 위한 동작을 수행하지 않을 수 있다.
상기 스마트플러그는 대상 기기의 설정, 판별 또는 대상 기기를 인지하고 있는 경우, 612단계에서 대상 기기에서의 이벤트 발생을 감시하기 위한 동작 알고리즘을 로딩한다. 예컨대 대상 기기에 따라 이벤트를 인지하기 위한 방안이 다를 수 있다. 즉 대상 기지 별로 이벤트 발생 시에 검출되는 소비 전력의 변화, 역률 등이 다를 수 있을 뿐만 아니라, 이벤트 발생을 검출하기 위해 적용할 임계 값들이 달리 적용될 수 있다. 따라서 스마트플러그가 다양한 대상 기기들에 대한 이벤트 발생을 감시하도록 하기 위해서는 상기 스마트플러그가 지원 가능한 모든 대상 기기 별로의 동작 알고리즘을 마련하고, 대상 기기의 판단에 응답하여 사전에 마련된 복수의 동작 알고리즘들 중 적용할 하나의 동작 알고리즘을 호출하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 스마트플러그는 614단계에서 로딩된 동작 알고리즘을 기반으로 대상 기기에서 어떠한 이벤트가 발생하는 지를 감시하고, 상기 감시를 통해 발생한 이벤트를 판별한다. 예컨대 상기 이벤트 판별은 임계 값들을 설정하고, 상기 설정된 임계 값들을 기반으로 수행될 수 있다. 이에 대한 구체적인 동작 예를 도 7에서 보이고 있다.
도 7을 참조하면, 스마트플러그는 710단계에서 동작 상태 별 적어도 하나의 임계 값을 설정한다. 여기서 동작 상태 별로 임계 값을 설정하는 것은 동일한 이벤트라 하더라도 대상 기기가 어떠한 동작 상태에 있는지에 따라 다른 소비 전력의 변화를 가질 수 있기 때문이다.
예컨대 냉장고의 경우, 컴프레서 (압축기)가 동작하고 있는 상태에서 냉장고 문의 열리거나 닫힐 때와, 컴프레서가 동작하지 않는 상태에서 냉장고 문의 열리거나 닫힐 때에 감지되는 전력 신호 특성은 서로 다를 수 있다. 즉 컴프레서가 동작하지 않는 상태에 비해 컴프레서가 동작하는 상태에서 소비 전력에 더 강한 잡음이 나타나는 특성을 가진다. 따라서 스마트플러그는 대상 기기에서의 이벤트 발생을 감시하기 위해서는 동작 상태 별로 서로 다른 임계 값을 설정할 필요가 있는 것이다.
상기 스마트플러그는 대상 기지에서 특정 동작이 수행되고 있는 상황과 수행되고 있지 않은 상황 각각에 대응하여 하나 이상의 임계 값을 설정할 수 있다. 예컨대 상기 스마트플러그는 대상 기기에 의한 특정 동작이 수행되고 있지 않은 상황에서의 포지티브 상한 임계 값 (Positive High Threshold)(이하 ‘제1상한 임계 값’이라 칭함)과 네거티브 하한 임계 값 (Negative Low Threshold)(이하 ‘제1하한 임계 값’이라 칭함)을 설정하고, 대상 기기에 의해 특정 동작이 수행되고 있는 상황에서의 포지티브 상한 임계 값 (Positive High Threshold)(이하 ‘제2상한 임계 값’이라 칭함)과 네거티브 하한 임계 값 (Negative Low Threshold)(이하 제2하한 임계 값’이라 칭함)을 설정할 수 있다.
상기 스마트플러그는 동작 상태 별 임계 값들을 설정하였다면, 720단계에서 설정된 임계 값들을 이용하여 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 감시한다. 일 예로 상기 스마트플러그는 대상 기기에서의 이벤트 발생을 검출하기 위해, 상기 대상 기기로 공급되는 전력의 소비 패턴을 감시할 수 있다.
상기 스마트플러그는 소비 전력의 변화에 대한 감시에 의해, 소비 전력에 따른 역률이 미리 설정된 임계 값들 중 어떠한 임계 값을 만족하는지에 따라 발생한 이벤트가 무엇인지를 판별한다. 즉 상기 스마트플러그는 소비 전력에 따른 역률이 제1상한 임계 값과 제1하한 임계 값 사이에 존재할 시, 제1이벤트가 발생하였음을 인지한다. 상기 스마트플러그는 소비 전력에 따른 역률이 제2상한 임계 값과 제2하한 임계 값 사이에 존재할 시, 제2이벤트가 발생하였음을 인지할 수 있다. 일 예로 상기 제1이벤트는 냉장고 문의 열림이 될 수 있고, 상기 제2이벤트는 냉장고 문의 닫힘이 될 수 있다.
상기 스마트플러그는 상술한 바에 의해 대상 기기에서 발생한 이벤트를 판별할 시, 616단계에서 상기 판별한 이벤트에 상응한 대상 기기의 동작 상태를 인지할 수 있다. 물론 상기 스마트플러그는 대상 기기에서 발생한 이벤트를 판별하는 것에 의해 대상 기기의 동작 상태를 인지한 것으로 간주될 수도 있다.
도 6에서는 도시하고 있지 않으나, 스마트플러그가 대상 기기에서의 이벤트 발생을 판별한 후, 이에 관한 정보를 운영자에게 제공하거나 대상 기기의 상태를 관리하는 서버 등의 외부 장치로 제공하는 동작을 수행할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트플러그가 냉장고에서의 이벤트 발생을 판별하기 위한 서브 루틴 동작의 일 예를 보이고 있다. 도 8에서는 스마트플러그에서 자신이 이벤트 발생을 감시해야 할 대상 기기가 냉장고임을 알고 있음을 전제로 하고 있다. 상기 대상 기기가 냉장고임을 인지하는 것은 사용자 등록 혹은 자동 기기 인식 (Easy set up) 등의 방법에 의해 이루어질 수 있다.
도 8을 참조하면, 스마트플러그는 810단계에서의 판단에 의해, 복수의 임계 값들을 설정하는 절차 (임계 값 설정 절차)(812단계 내지 820단계) 또는 이벤트를 검출하는 절차 (이벤트 검출 절차)(822단계)를 수행한다.
예컨대 상기 스마트플러그는 810단계에서 냉장고에서의 이벤트 발생을 감시하기 위해 사용할 모든 임계 값들이 설정되어 있는지를 판단한다. 상기 이벤트 발생을 감시하기 위해 사용할 임계 값들은 이벤트가 발생할 수 있는 냉장고의 동작 모드를 고려하여 정의되어야 할 것이다. 이에 대한 구체적인 예는 하기의 설명에서 보여질 것이다.
일 예로 냉장고에서 발생할 수 있는 이벤트는 도 12에서 보이고 있는 전력 프로파일의 일 예에서 확인할 수 있다. 도 12에서 보이고 있는 전력 프로파일은 냉장고의 소비 전력을 24시간 동안 감시하여 마련한 것이다.
도 12에서 보이고 전력 프로파일을 참조하면, 냉장고에서의 전력 소비는 컴프레서 동작에 따른 전력 소비, 제상기 동작에 따른 전력 소비 및 그 밖의 동작에 따른 전력 소비로 크게 구분됨을 알 수 있다. 즉 냉장고에서의 동작 상태는 주기적인 컴프레서 동작 유무, 제상기 동작 유무가 주를 이룬다. 그 외에 냉장고의 전력 프로파일은 인버터 형, 정속 형, 리니어 형 등으로 분류되는 냉장고 타입에 따라 달라질 수 있다. 도 12에서는 정속 형 냉장고에 대한 24 시간 동작 프로파일을 보이고 있다.
도 12에서 보이고 있는 아래 확대 그래프에서 원으로 표시된 부분은 문 열림에 해당하는 이벤트가 발생한 경우에 있어서의 전력 신호 특성을 나타낸 것이다. 일반적으로 냉장고의 문이 열림과 동시에 내부 조명이 켜지므로, 소비 전력 값의 변화가 생긴다. 여기서 주목할 사실은 냉장고의 종류 및 용량에 따라 조명의 크기나 종류가 다를 수 있어, 이는 상이한 전력 값 변화(10~80W)를 야기하는 원인이 된다.
예를 들면, 조명 전력 값의 변화가 80W인 냉장고에서 컴프레서 동작 시 잡음이 20W인 경우를 가정하고, 이를 고려하여 이벤트를 판별할 수 있도록 스마트플러그를 설계하였다면, 조명 전력 값의 변화가 10W인 냉장고에서 상기 조명 전력 값의 변화인 10W는 잡음으로 인해 감지가 어려울 상황이 발생할 수 있다.
상술한 바와 같은 이유로 인해, 전력의 변화가 미세한 이벤트를 판별하는 것은 쉬운 문제가 아니다. 따라서 스마트플러그는 가정에 설치된 냉장고의 문 열림에 대한 이벤트와 문 닫힘에 대한 이벤트의 발생 여부를 판단하기 위한 기준 값을 도출하여야 한다. 일 예로 문 열림에 대한 이벤트를 판단하기 위해서는 총 2개의 임계 값들 (포지티브 상한 임계 값 (또는 제1상한 임계 값), 포지티브 하한 임계 값 (또는 제1하한 임계 값))이 필요하고, 문 닫힘에 대한 이벤트를 판단하기 위해서도 총 2개의 임계 값들 (네거티브 상한 임계 값 (또는 제2상한 임계 값), 포지티브 상한 임계 값 (또는 제2하한 임계 값))이 필요하다.
상기 스마트플러그는 설정되어 있지 않은 임계 값을 설정하기 위해, 812단계에서 컴프레서가 구동하고 있는지를 판단한다. 상기 냉장고의 컴프레서의 구동 여부는 냉장고의 소비 전력을 확인함으로써, 쉽게 확인할 수 있다. 그 이유는 냉장고의 경우, 컴프레서가 동작 중일 때와 그렇지 않을 때에 소비되는 전력 량에 큰 차이가 있기 때문이다.
상기 스마트플러그는 컴프레서가 구동하고 있지 않을 시, 818단계에서 모든 임계 값들이 설정되지 않은 이유가 상한 임계 값이 설정되지 않았기 때문인지를 판단한다. 즉 상기 스마트플러그는 이벤트를 검출하기 위한 모든 상한 임계 값들 (포지티브 상한 임계 값 (또는 제1상한 임계 값), 네거티브 상한 임계 값 (또는 제2상한 임계 값))의 설정이 존재하는지를 판단한다. 상기 스마트플러그는 모든 상한 임계 값들의 설정이 존재하지 않을 시, 820단계에서 존재하지 않은 하한 임계 값을 설정한다.
상기 스마트플러그는 컴프레서가 구동하고 있을 시, 814단계에서 모든 임계 값들이 설정되지 않은 이유가 하한 임계 값이 설정되지 않았기 때문인지를 판단한다. 즉 상기 스마트플러그는 이벤트를 검출하기 위한 모든 하한 임계 값들 (포지티브 하한 임계 값 (또는 제1하한 임계 값), 네거티브 하한 임계 값 (또는 제2하한 임계 값))의 설정이 존재하는지를 판단한다. 상기 스마트플러그는 모든 하한 임계 값들의 설정이 존재하지 않을 시, 816단계에서 존재하지 않은 하한 임계 값을 설정한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 컴프레서가 구동하고 있지 않을 시에 제1상한 임계 값 (원 문자 1)과 제2상한 임계 값 (원 문자 2)을 설정하는 예를 보이고 있다. 도 13에서 첫 번째 그래프는 시간의 흐름에 따른 유효 전력의 변화를 보이고 있는 그래프 (이하 ‘제1유효 전력 그래프’라 칭함)이고, 두 번째 그래프는 시간의 흐름에 따른 역률의 변화를 보이고 있는 그래프 (이하 ‘제1역률 그래프’라 칭함)이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따라 컴프레서가 구동하고 있을 시에 제1하한 임계 값 (원 문자 3)과 제2하한 임계 값 (원 문자 4)을 설정하는 예를 보이고 있다. 도 14에서 첫 번째 그래프는 시간의 흐름에 따른 유효 전력의 변화를 보이고 있는 그래프 (이하 ‘제2유효 전력 그래프’라 칭함)이고, 두 번째 그래프는 시간의 흐름에 따른 역률의 변화를 보이고 있는 그래프 (이하 ‘제2역률 그래프’라 칭함)이다.
도 13과 도 14에서 보이고 있는 제1 및 제2역률 그래프를 자세히 살펴보면, 컴프레서가 동작할 시에 발생하는 문 열림에 대한 이벤트와 컴프레서가 동작하지 않을 시에 발생하는 문 열림에 대한 이벤트는 역률 값의 변화로 판별할 수 있다. 그 이유는 유효 전력의 변화 량은 기기마다 상이하나 역률 값은 0 내지 1의 범위에 포함될 뿐만 아니라 임의의 조명 동작 시(컴프레서 미 동작 조건) 최소 0.4를 넘음을 실험을 통해 확인할 수 있었기 때문이다.
하지만 문 열림에 대한 이벤트가 발생하여도 컴프레서가 동작할 때와 동작하지 않을 때 역률 값이 다름을 확인할 수 있다. 이는 역률에 대해서는 중첩의 원리가 적용되지 않기 때문이다. 따라서 냉장고 문의 열림과 닫침에 대한 이벤트를 판별하기 위해서는 두 개의 포지티브 임계 값과 두 개의 네거티브 임계 값이 설정되어야 한다.
도 13을 참조하여 컴프레서가 구동하고 있지 않을 시에 임계 값을 설정하는 동작을 설명하면, 컴프레서가 동작하지 않을 시 역률의 변화 량을 참고하여 문 열림 이벤트 및 문 닫침 이벤트가 발생하는 시점을 계산한다. 이때 유효 전력 변화 량은 경우에 따라 달라질 수 있으므로, 이벤트 발생시 유효 전력 (P)과 유효 전력의 바이어스(P_bias) 차이를 활용하여 포지티브 상한 임계 값 (①)과 네거티브 상한 임계 값 (②)을 도출한다.
일 예로 P_bias는 역률(PF)이 0.4보다 작고 유효 전력(P)이 90W보다 작을 때, 10분 동안의 유효전력의 평균 값에 의해 얻을 수 있다. 유효 전력은 역률이 0.4보다 크고 유효 전력이 90W보다 작은 상태가 1초 이상 지속 시 계산하게 된다.
상술한 바에 의해 유효 전력 (P)과 유효 전력의 바이어스(P_bias)를 구한 후, (P - P_bias)의 약 1.5배 되는 값에 의해 포지티브 상한 임계 값 (①)과 네거티브 상한 임계 값 (②)을 결정한다. 즉 (P - P_bias)의 약 1.5배 되는 값에 양의 부호를 부여하여 포지티브 상한 임계 값 (①)을 결정하고, (P - P_bias)의 약 1.5배 되는 값에 음의 부호를 부여하여 네거티브 상한 임계 값 (②)을 결정한다.
도 14를 참조하여 컴프레서가 구동할 시에 임계 값을 설정하는 동작을 설명하면, 컴프레서가 동작할 시에는 잡음이 많이 발생한다. 따라서 컴프레서가 동작하는 상황에서 이벤트의 발생을 판별하기 위해서는 포지티브와 네거티브 각각에 대한 하한 임계 값들을 설정하여야 잘못된 판단을 줄일 수 있다.
도 14에서는 잡음이 많이 발생하지 않은 경우에 해당하나, 잡음이 많이 발생하는 경우에 포지티브 하한 임계 값과 네거티브 하한 임계 값을 구하는 방식과 동일하다. 먼저 유효 전력 값에 의해 컴프레서의 동작을 판단하고, 약 10분간 포지티브 영역에서의 잡음과 네거티브 영역에서의 잡음을 저장한다.
그 후 상기 저장된 포지티브 잡음들과 네거티브 잡음들 각각을 절대치가 큰 순에 의해 배열 또는 분류한 후 특이점(outlier)을 약 5% 제거 한 후 최대 값 (max value)을 획득한다. 일반적으로 특이점 (outlier)을 제거한 후 최대 값 혹은 중간 값 (medium value)을 활용하는 것이 가장 양호하다고 알려져 있다. 상기 특이점 (outlier)은 컴프레서의 구동에 따른 On peak, 문 열림으로 인한 전력 값 변화 등이 포함할 수 있다.
상술한 바에 의한 Outlier를 제외한 값들 중 최대 값에 대한 약 2배에 해당하는 값을 계산하고, 상기 계산한 값에 의해 포지티브 하한 임계 값 (③)과 네거티브 하한 임계 값 (④)을 결정한다. 즉 상기 계산한 값에 양의 부호를 부여하여 포지티브 하한 임계 값 (③)을 결정하고, 상기 계산한 값에 음의 부호를 부여하여 네거티브 하한 임계 값 (④)을 결정한다.
상술한 동작에 의해 스마트플러그는 포지티브 상한 임계 값 (①), 네거티브 상한 임계 값 (②), 포지티브 하한 임계 값 (③), 네거티브 하한 임계 값 (④)으로 이루어진 총 4개의 임계 값을 획득할 수 있다. 상기 획득한 4개의 임계 값은 스마트플러그에 설정되어 냉장고 문의 열림과 닫힘으로 인한 이벤트가 발생하였음을 판별할 수 있다.
한편 앞에서 제안된 실시 예와 같이, 가전기기의 개별 이벤트 (세부동작) 판단에는 주로 작은 전력 변화에 따른 값이 이용되는데, 이 값은 특정 기기의 모델 및 용량에 대한 의존도가 상대적으로 높다. 이를 감안하여 모든 개별 이벤트 판단에는 적응 알고리즘이 필요하다.
상기 스마트플러그는 모든 임계 값들이 설정되어 있다고 판단되면, 822단계로 진행하여 설정된 임계 값들을 이용하여 냉장고에서 특정 이벤트가 발생하는지를 감시한다. 상기 스마트플러그는 냉장고로 공급되는 전력의 전력 신호 특성과 상기 설정된 임계 값들을 기반으로 냉장고에서의 이벤트 발생을 검출할 수 있다.
예컨대 상기 전력 신호 특성은 유효 전력과 역률을 사용하여 정의할 수 있다. 하지만 유효 전력의 변화 량은 기기마다 상이하나 역률 값은 0 내지 1의 범위에 포함될 뿐만 아니라 임의의 조명 동작 시(컴프레서 미 동작 조건) 최소 0.4를 넘음을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 따라서 냉장고에서의 이벤트 발생을 검출하기 위한 전력 신호 특성으로는 역률을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 역률은 교류 회로에서 유효 전력 (Real Power) [P]과 피상 전력(Apparent Power) [S]의 비에 의해 정의될 수 있다. 상기 유효 전력 [P]과 상기 피상 전력 [S]은 순수 저장만 연결된 교류 회로에서 동일하다. 하지만 교류 회로가 인덕턴스 (inductance)와 커패시턴스 (capacitance)로 정의되는 리액턴스 (reactance) 성분을 포함한다면, 피상 전력은 열, 빛, 라디오 파 등으로 나타나는 실제 전력 (유효 전력) 보다 크게 된다. 이러한 여분의 전력은 무효 전력 (Reactive power) [Q]이 된다. 수학적으로는 무효 전력 [Q]은 허수로 표현된다.
도 9는 유효 전력 [P], 무효 전력 [Q], 그리고 피상 전력 [S]의 관계를 보이고 있다. 즉 ‘S = P + jQ ’의 관계를 가진다. 여기서 유효 전력 [P]과 피상 전력 [S]의 사이 각 (
Figure pat00001
)은 전압 파형과 전류 파형의 위상 차로 볼 수 있다.
도 10은 전압 파형과 전류 파형의 위상 차가 존재하지 않는 예를 보이고 있으며, 도 11은 전압 파형과 전류 파형의 위상 차가 90도인 예를 보이고 있다.
도 10에서 보이고 있는 바와 같이 전압 파형과 전류 파형의 위상 차가 없다는 것은 저항성 부하만 연결된 교류 회로임을 알 수 있다. 이때의 역률은 1이 된다. 도 11에서 보이고 있는 바와 같이 전압 파형과 전류 파형이 90도의 위상 차가 발생한 경우에 있어서의 역률은 0이 된다.
상기 역률이 0이라는 것은 전류가 흐르지만 평균 전력이 0인 상태를 의미한다. 이와 같이 전압 파형과 전류 파형에 있어서 90도의 위상 차가 발생하는 이유는 앞서 설명하였듯이, 교류 회로를 구성하는 리액턴스 성분 때문이다. 예컨대 교류 회로가 유도 리액턴스 성분을 가질 경우, 전류는 전압보다 최대 90도 (또는 1/4 사이클) 늦게 된다. 하지만 교류 회로가 용량 리액턴스 성분을 가질 경우, 전류는 전압보다 최대 90도 앞선 위상을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 역률은 피상 전력과 유효 전력의 비(cosine theta)로 나타낼 수 있으므로, 그 값의 범위가 0에서 1로 제한됨을 알 수 있다. 이는 전력 값에 상관없이 갖게 되는 범위의 값으로써, 스마트플러그와 같이 하나의 기기에서의 소비 전력을 감시하는 경우, 기기 내부 상태 변화를 감지하는 유용한 수단이 된다.
예를 들면, 냉장고 동작 시 컴프레서 동작, 제상기 동작, 조명 작동 등의 경우, 모두 다른 부품(component)이 포함되어 있기 때문에 기기 상태 변화가 있을 시 역률의 변화는 당연하다.
하지만 역률의 경우, 내부 부품들이 동시에 동작할 때, 중첩의 원리가 적용되지 않는다. 다시 말하면, 모든 리액턴스 성분이 고려되어 위상 차에 반영되므로 정확한 포인트를 잡지 않으면 무용지물이 될 수 있다. 이러한 이유에서 상술한 설명에서는 냉장고의 컴프레서와 제상기 등이 동작하지 않을 시의 역률 값만을 고려하였다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 변형에 의한 실시가 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 뿐만 아니라 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (19)

  1. 대상 기기로의 전력 공급 경로에 설치되어 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 감지하는 스마트플러그 장치에 있어서,
    전력 측정부;
    상기 전력 측정부를 통하여 상기 대상 기기로 공급되는 전력을 확인하고, 상기 전력에 기반하여 상기 대상 기기를 결정하는 기기 판단부; 및
    이벤트 판단부를 포함하고,
    상기 이벤트 판단부는,
    상기 대상 기기에서 이벤트가 발생하기 이전의 상기 전력을 기준으로 상기 이벤트의 발생으로 인한 상기 전력의 변화 특성을 나타내는 전력 신호 특성을 확인하고, 및
    상기 전력 신호 특성에 기반하여, 상기 대상 기기에서 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 신호 특성은 교류 회로에서 유효 전력과 피상 전력 간의 비를 정의하는 역률 (Power Factor)임을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 신호 특성은 상기 전력 측정부에 의해 측정된 전력이 가지는 전압 파형과 전류 파형의 위상 차에 상응한 역률 (Power Factor)임을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 이벤트 판단부는,
    상기 대상 기기가 특정 동작 모드로 구동하고 있는지 여부에 기반하여, 적어도 하나의 상한 임계 값과 적어도 하나의 하한 임계 값을 설정하고, 및
    상기 전력 신호 특성이 상기 설정된 적어도 하나의 상한 임계 값과 적어도 하나의 하한 임계 값 중 적어도 하나를 만족하는지 여부에 기반하여, 상기 대상 기기에서 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기기 판단부는,
    상기 전력에 기반하여, 상기 대상 기기의 종류를 결정하고,
    상기 대상 기기에서 발생하는 상기 이벤트는 상기 대상 기기의 상기 종류에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 이벤트 판단부는,
    상기 이벤트의 상기 종류에 기반하여, 상기 적어도 하나의 상한 임계 값과 상기 적어도 하나의 하한 임계 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 이벤트 판단부는,
    상기 대상 기기가 상기 특정 동작 모드로 구동하고 있을 시에 상기 전력 측정부에 의해 측정된 공급 전력이 포함하는 잡음 값을 수집하여 제 1 상한 임계 값과 제 1 하한 임계 값을 설정하고, 상기 대상 기기가 상기 특정 동작 모드로 구동하고 있지 않을 시에 상기 전력 측정부에 의해 측정된 공급 전력에 따른 역률, 유효 전력, 바이어스 값을 이용하여 제 2 상한 임계 값과 제 2 하한 임계 값을 설정하는 적응 임계 값 도출 모듈; 및
    상기 전력 신호 특성에 상응한 역률 값을 상기 적응 임계 값 도출 모듈에 의해 설정된 상기 제 1 상한 임계 값, 상기 제 2 상한 임계 값, 상기 제 1 하한 임계 값, 및 상기 제 2 하한 임계 값과 비교하고, 상기 비교의 결과에 의해 상기 대상 기기에서의 이벤트 발생 여부를 확인하는 이벤트 검출 모듈을 포함하는 스마트플러그 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 특정 동작 모드가 냉장고에서 컴프레서가 구동하는 동작 모드인 경우, 상기 제 1 상한 임계 값 및 상기 제 2 상한 임계 값은 냉장고 문 열림이라는 이벤트 발생을 확인하기 위해 설정되고, 상기 제 1 하한 임계 값 및 상기 제 2 하한 임계 값은 냉장고 문 닫힘이라는 이벤트 발생을 확인하기 위해 설정됨을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 이벤트 검출 모듈은,
    상기 전력 신호 특성에 상응한 역률 값이 상기 제 1 상한 임계 값 및 상기 제 2 상한 임계 값에 의해 형성된 범위 내에 포함될 시에 냉장고 문 열림이라는 이벤트가 발생하였다고 확인하고, 상기 전력 신호 특성에 상응한 역률 값이 상기 제 1 하한 임계 값 및 상기 제 2 하한 임계 값에 의해 형성된 범위 내에 포함될 시에 냉장고 문 닫힘이라는 이벤트가 발생하였다고 확인함을 특징으로 하는 스마트플러그 장치.
  10. 대상 기기로의 전력 공급 경로에 설치된 스마트플러그 장치에서 상기 대상 기기에서 발생하는 이벤트를 감지하는 방법에 있어서,
    상기 대상 기기로 공급되는 전력을 측정하는 과정;
    상기 전력에 기반하여 상기 대상 기기를 결정하는 과정;
    상기 대상 기기에서 이벤트가 발생하기 이전의 상기 전력을 기준으로 상기 이벤트의 발생으로 인한 상기 전력의 변화 특성을 나타내는 전력 신호 특성을 확인하는 과정; 및
    상기 전력 신호 특성에 기반하여, 상기 대상 기기에서 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 신호 특성은 교류 회로에서 유효 전력과 피상 전력 간의 비를 정의하는 역률 (Power Factor)임을 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 신호 특성은 상기 측정된 전력이 가지는 전압 파형과 전류 파형의 위상 차에 상응한 역률 (Power Factor)임을 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 대상 기기가 특정 동작 모드로 구동하고 있는지 여부에 기반하여, 적어도 하나의 상한 임계 값과 적어도 하나의 하한 임계 값을 설정하는 과정을 더 포함하고,
    상기 대상 기기에서 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 과정은,
    상기 전력 신호 특성이 상기 설정된 적어도 하나의 상한 임계 값과 적어도 하나의 하한 임계 값 중 적어도 하나를 만족하는지 여부에 기반하여, 상기 대상 기기에서 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 대상 기기를 결정하는 과정은,
    상기 전력에 기반하여, 상기 대상 기기의 종류를 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 대상 기기에서 발생하는 상기 이벤트는 상기 대상 기기의 상기 종류에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상한 임계 값과 상기 적어도 하나의 하한 임계 값을 설정하는 과정은,
    상기 이벤트의 상기 종류에 기반하여, 상기 적어도 하나의 상한 임계 값과 상기 적어도 하나의 하한 임계 값을 설정하는 것을 포함하는 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 설정하는 과정은,
    상기 대상 기기가 상기 특정 동작 모드로 구동하고 있을 시에 상기 측정된 공급 전력이 포함하는 잡음 값을 수집하여 제 1 상한 임계 값과 제 1 하한 임계 값을 설정하는 과정; 및
    상기 대상 기기가 상기 특정 동작 모드로 구동하고 있지 않을 시에 상기 측정된 공급 전력에 따른 역률, 유효 전력, 바이어스 값을 이용하여 제 2 상한 임계 값과 제 2 하한 임계 값을 설정하는 과정을 포함하는 이벤트 감지 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 이벤트의 발생 여부를 확인하는 과정은,
    상기 전력 신호 특성에 상응한 역률 값을 상기 설정된 제 1 상한 임계 값, 제 2 상한 임계 값, 제 1 하한 임계 값, 및 제 2 하한 임계 값과 비교하는 과정; 및
    상기 비교의 결과에 의해 상기 대상 기기에서 이벤트가 발생하였다고 판단하는 과정을 포함하는 이벤트 감지 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 특정 동작 모드가 냉장고에서 컴프레서가 구동하는 동작 모드인 경우, 상기 제 1 상한 임계 값 및 상기 제 2 상한 임계 값은 냉장고 문 열림이라는 이벤트 발생을 확인하기 위해 설정되고, 상기 제 1 하한 임계 값 및 상기 제 2 하한 임계 값은 냉장고 문 닫힘이라는 이벤트 발생을 확인하기 위해 설정됨을 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 판단하는 과정은,
    상기 전력 신호 특성에 상응한 역률 값이 상기 제 1 상한 임계 값 및 상기 제 2 상한 임계 값에 의해 형성된 범위 내에 포함될 시에 냉장고 문 열림이라는 이벤트가 발생하였다고 판단하고, 상기 전력 신호 특성에 상응한 역률 값이 상기 제 1 하한 임계 값 및 상기 제 2 하한 임계 값에 의해 형성된 범위 내에 포함될 시에 냉장고 문 닫힘이라는 이벤트가 발생하였다고 판단하는 과정임을 특징으로 하는 이벤트 감지 방법.
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