KR20230011128A - Smart power meter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트 전력량계에 관한 것으로서, 보다 더 구체적으로 사용 시간대별 요금 부과 및 실시간 전력 사용 요금을 확인할 수 있고, 사용자가 원격으로 댁내 전력 소모를 확인할 수 있으며, 원격으로 스마트 전력량계를 제어하여 댁내 전력을 제어할 수 있다는 스마트 전력량계에 관한 것이다. The present invention relates to a smart watt-hour meter, and more specifically, charges for each time slot and real-time power usage charges can be checked, a user can remotely check domestic power consumption, and remotely control the smart watt-hour meter to save domestic power. It is about a smart power meter that can be controlled.
스마트 그리드는 지능형 전력망으로서 기존 공급자 중심의 일방적인 전력시장을 생산자와 소비자의 실시간 상호관계를 통하여 에너지 효율 향상에 획기적으로 기여하는 복합시스템이다. 스마트 그리드는 발전, 송전, 배전의 기존 전력분야 뿐만이 아니라 통신, 신재생에너지, 전기자동차, 가전분야, 건설 산업 등으로 확대되는 추세로 다양한 시장참여자의 참여를 유도하고 있다. As an intelligent power grid, the smart grid is a complex system that dramatically contributes to improving energy efficiency through real-time interaction between producers and consumers in the existing supplier-centered unilateral power market. Smart Grid is inducing the participation of various market participants as it is expanding not only to the existing power fields of power generation, transmission and distribution, but also to telecommunications, new and renewable energy, electric vehicles, home appliances, and construction industries.
전력량계는 2000년도 이후 계량의 정밀도 향상 등의 목적으로 기계식에서 전자식으로 방향이 전환되었다. 초기의 전자식 전력량계는 기계식 전력량계처럼 기본적인 사용 전력량에 대한 정확한 계량·계측을 중심으로 하였으나, 전자 통신 기술의 발달에 따라, 원격 검침 기술이 점차 개발되고 있다. Since 2000, the direction of electricity meter has been changed from mechanical type to electronic type for the purpose of improving the accuracy of metering. Early electronic watt-hour meters, like mechanical watt-hour meters, were centered on accurate metering and measurement of basic power consumption, but with the development of electronic communication technology, remote meter reading technology is gradually being developed.
한국전력공사 등을 중심으로 전자식 전력량계의 기능적 고도화가 추진되면서, 단순 AMR(Automatic Meter Reading)에서 수용가에서 사용한 전력량에 대한 시간적 분석 등이 가능해지고, 사용한 전력 정보로부터 수용가의 전력사용 패턴을 등 개인 사생활과 관련된 정보로 취급됨에 따라, 전력량계의 내부 정보(전력 사용 정보)는 개인 사생활과 관련되는 개인정보로서 취급되고 있다. As the functional advancement of electronic watt-hour meters is promoted, centered on Korea Electric Power Corporation (KEPCO), it becomes possible to analyze the amount of electricity used by consumers over time in simple AMR (Automatic Meter Reading), and personal privacy such as consumer power usage patterns from used power information. As it is treated as related information, the internal information (power usage information) of the watt-hour meter is treated as personal information related to personal privacy.
이와 같은 기술의 흐름 속에, 사용 시간대별 요금 부과 및 실시간 전력 사용 요금을 확인할 수 있고, 사용자가 원격으로 댁내 전력 소모를 확인할 수 있으며, 원격으로 스마트 전력량계를 제어하여 댁내 전력을 제어할 수 있는 다기능 스마트 전력량계가 요구되고 있다. In the flow of such technology, multifunctional smart devices that can charge for each time of use and check real-time power usage rates, allow users to remotely check power consumption in the home, and remotely control the smart watt-hour meter to control the power in the home. A power meter is required.
전자식 전력량계로 해결하여야 하는 과제가 있으며, 본 발명은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 것이다. 본 발명은, 전력 사용 시간대별 요금 부과를 가능하게 하고, 실시간으로 변화하는 전력 사용 요금을 확인할 수 있으며, 통신환경에 관계없이 원격 검침이 가능하고, 펌웨어 업데이트를 통한 기능 확장된 스마트 전력량계를 제공하기 위한 것이다. There is a problem to be solved by an electronic watt-hour meter, and the present invention is to solve this technical problem. The present invention is to provide a smart watt-hour meter that enables charging of power usage time slots, can check power usage charges that change in real time, enables remote meter reading regardless of communication environment, and has expanded functions through firmware update. It is for
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention. .
본 발명의 스마트 전력량계는, 소모된 전력량을 계측하는 계량부와, 스마트 전력량계를 제어하는 처리부와, 스마트 전력량계의 주변 장치를 인터페이스하는 주변 장치 인터페이스부로, 주변 장치 인터페이스부는, 처리부와 주변 장치 인터페이스를 인터페이스하는 주변 장치 인터페이스와, 주변 장치 인터페이스와 연결된 주변 장치들을 제어하는 장치 제어부, 통신 제어부 및 시간 제어부를 포함하며, 주변 장치는 유선 및 무선 통신 주변 장치를 포함하며, 스마트 전력량계는 사용자가 네트워크를 통하여 스마트 전력량계를 제어할 수 있다.The smart watt-hour meter of the present invention includes a metering unit that measures the amount of power consumed, a processing unit that controls the smart watt-hour meter, and a peripheral device interface unit that interfaces the peripheral device of the smart watt-hour meter. The peripheral device interface interfaces the processing unit and the peripheral device interface. A peripheral device interface for controlling peripheral devices, a device controller for controlling peripheral devices connected to the peripheral device interface, a communication controller, and a time controller. You can control the electricity meter.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스마트 전력량계로, 상기 스마트 전력량계는, 소모된 전력량을 계측하는 계량부; 상기 스마트 전력량계를 제어하는 처리부; 및 상기 스마트 전력량계의 주변 장치를 인터페이스하는 주변 장치 인터페이스부;를 포함하되, 상기 주변 장치 인터페이스부는, 상기 처리부와 상기 주변 장치 인터페이스를 인터페이스하는 주변 장치 인터페이스와, 상기 주변 장치 인터페이스와 연결된 주변 장치들을 제어하는 장치 제어부, 통신 제어부 및 시간 제어부를 구비하고, 상기 주변 장치는 유선 및 무선 통신 주변 장치를 포함하며, 상기 스마트 전력량계는 사용자가 네트워크를 통하여 상기 스마트 전력량계를 제어할 수 있는 스마트 전력량계를 제공한다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is a smart watt-hour meter, the smart watt-hour meter, a metering unit for measuring the amount of power consumed; a processing unit controlling the smart watt-hour meter; and a peripheral device interface unit that interfaces the peripheral device of the smart watt-hour meter, wherein the peripheral device interface unit controls a peripheral device interface that interfaces the processing unit and the peripheral device interface and peripheral devices connected to the peripheral device interface. A device control unit, a communication control unit, and a time control unit are provided, the peripheral devices include wired and wireless communication peripheral devices, and the smart watt-hour meter allows a user to control the smart watt-hour meter through a network. Provides a smart watt-hour meter.
본 발명에서 상기 스마트 전력량계는, 상기 소모된 전력량을 사용 시간, 사용 일자 별로 계량하여 각 요율별로 구분 계량하는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the smart watt-hour meter measures the amount of power consumed for each usage time and usage date, and separately measures the amount for each rate.
본 발명에서 상기 스마트 전력량계는 복수개의 전류 센서 및 하나 이상의 전압 센서를 더 포함하며, 상기 계량부는 무효 전력, 피상 전력, 전압, 주파수, 역률 및 전고조파왜율을 측정하는 것이 바람직하다. In the present invention, the smart watt-hour meter further includes a plurality of current sensors and one or more voltage sensors, and the metering unit preferably measures reactive power, apparent power, voltage, frequency, power factor, and total harmonic distortion.
본 발명에서 상기 스마트 전력량계는 복수개의 전류 센서 및 하나 이상의 전압 센서를 더 포함하며, 상기 계량부는 무효 전력, 피상 전력, 전압, 주파수, 역률 및 전고조파왜율을 측정하는 것이 바람직하다. In the present invention, the smart watt-hour meter further includes a plurality of current sensors and one or more voltage sensors, and the metering unit preferably measures reactive power, apparent power, voltage, frequency, power factor, and total harmonic distortion.
본 발명에서 상기 주변 장치는, 상기 사용자 댁내의 장치와 연결된 래치 릴레이를 더 포함하며, 상기 사용자는 원격으로 상기 스마트 전력량계에 포함된 래치 릴레이를 제어하여 상기 댁내의 장치에 전력을 제공하거나 차단하는 것이 바람직하다. In the present invention, the peripheral device further includes a latch relay connected to the device in the user's premises, and the user remotely controls the latch relay included in the smart watt-hour meter to supply or cut off power to the device in the premises. desirable.
본 발명에서 상기 유선 및 무선 통신 주변 장치는, 네트워크로부터 상기 스마트 전력량계의 펌웨어를 수신하고, 상기 처리부는, 부트로더를 통하여 수신한 상기 펌웨어로 상기 스마트 전력량계의 펌웨어를 업데이트하는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the wired and wireless communication peripheral devices receive the firmware of the smart watt-hour meter from a network, and the processing unit updates the firmware of the smart watt-hour meter with the firmware received through a bootloader.
본 발명에서 상기 스마트 전력량계는, 보안부를 더 포함하며, 상기 보안부는, 송수신 되는 데이터를 AES-128의 보안 알고리즘에 따라 암호화 및 복호화하는 암호화 엔진을 포함하는 것이 바람직하다. In the present invention, the smart watt-hour meter further includes a security unit, and the security unit preferably includes an encryption engine that encrypts and decrypts transmitted and received data according to an AES-128 security algorithm.
본 발명에서 상기 스마트 전력량계는, 정해진 날짜마다 소모한 전력량을 전력 공급자에게 송신하는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the smart watt-hour meter transmits the amount of power consumed on a predetermined date to a power supplier.
본 발명에서 상기 계량부는, 전류 센서 및 전압 센서를 이용하여 측정한 값을 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, analog to digital converter)를 포함하며, 상기 아날로그 디지털 변환기는 3배 오버 샘플링을 수행하는 것이 바람직하다. In the present invention, the metering unit includes an analog to digital converter (ADC) that converts a value measured using a current sensor and a voltage sensor into digital, and the analog to digital converter performs 3-fold oversampling it is desirable
본 발명에서 상기 아날로그 디지털 변환기는, 프로그래머블 게이트 어레이(PGA, programmable gate array)로 구현되는 것이 바람직하다. In the present invention, the analog-to-digital converter is preferably implemented as a programmable gate array (PGA).
본 발명에 의한 스마트 전력량계에 의하면, 사용 시간대별 요금 부과 및 실시간 전력 사용 요금을 확인할 수 있다는 장점이 제공된다. 나아가, 본 실시예에 의하면 사용자가 원격으로 댁내 전력 소모를 확인할 수 있으며, 원격으로 스마트 전력량계를 제어하여 댁내 전력을 제어할 수 있다는 장점이 제공된다. According to the smart watt-hour meter according to the present invention, the advantage of being able to check the real-time power usage fee and charge for each time period is provided. Furthermore, according to the present embodiment, the user can remotely check power consumption in the home and control the home power by remotely controlling the smart watt-hour meter.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)가 커버로 덮여진 상태에서의 전면(前面)을 도시한 예시도.
도 2는 스마트 전력량계(100)의 커버를 제거한 내부 설계를 예시한 도면.
도 3은 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)의 구조를 예시한 블록도.
도 4(a)는 스마트 전력량계(100)에 포함된 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm)와 네트워크를 통하여 공급자에게 계량한 전력량을 전송하는 과정을 도시한 예시도.
도 4(b)는 공급자로부터 네트워크를 통하여 스마트 전력량계(100)의 구동에 필요한 펌웨어(firmware)를 수신하는 과정을 개요적으로 도시한 예시도.
도 4(c)는 사용자가 네트워크를 통하여 스마트 전력량계(100)를 원격으로 제어하는 과정을 개요적으로 도시한 예시도. 1 is an exemplary view showing the front of a smart watt-
2 is a diagram illustrating an internal design of the smart watt-
3 is a block diagram illustrating the structure of a smart watt-
FIG. 4(a) is an exemplary diagram illustrating a process of transmitting the amount of electricity measured to a provider through a wired and wireless communication peripheral device (Comm) included in the smart watt-
4(b) is an exemplary diagram schematically illustrating a process of receiving firmware necessary for driving the
4(c) is an exemplary diagram schematically illustrating a process in which a user remotely controls the smart watt-
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the usual or dictionary meaning, and the inventor appropriately uses the concept of the term in order to explain his/her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, so various alternatives can be made at the time of this application. It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 1은 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)가 커버로 덮여진 상태에서의 전면(前面)을 도시한 도면이고, 도 2는 스마트 전력량계(100)의 커버를 제거한 내부 설계를 예시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면 스마트 전력량계(100)는 스마트 전력량계(100)으로 측정한 측정값들, 스마트 전력량계(100)의 설정값들, 입력값 및 출력값을 표시하는 디스플레이부(110)를 포함한다. 일 실시예로, 디스플레이부(110)는 액정 디스플레이 장치일 수 있다. 1 is a view showing the front of the smart watt-
경보부(112)는 스마트 전력량계(100)의 동작 상태, 고장 상태를 알려주거나, 사용 전력량이 미리 설정된 값 미만이거나 미리 설정된 값을 초과하는 등의 경우를 표시할 수 있다. 일 실시예로 경보부(112)는 복수의 발광 소자로 이루어질 수 있다. The alarm unit 112 may notify an operating state and a failure state of the smart watt-
사용자는 버튼부(120)를 통하여 스마트 전력량계(100)의 동작을 설정한다. 일 실시예로, 사용자는 버튼부(120)를 통하여 스마트 전력량계(100)의 무선 통신 접속 AP 이름, 비밀 번호, 단상 2선식, 3상 4선식 등의 계측 전력 방식 등을 설정할 수 있다. The user sets the operation of the smart watt-
도 1 및 도 2로 예시된 것과 같이 본 실시예의 스마트 전력량계(100)는 커버를 포함하는 하우징(H) 내에 수납되어 방수구조를 가질 수 있다. 일 예로, 본 실시예의 스마트 전력량계(100)는 IP54의 방수 규정을 만족시킬 수 있어 사용자의 가정 외부에 장착되어 사용될 수 있다. 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 충격, 내마모성, 내광성이 강한 PC(Polycarbonate) 재질로 이루어질 수 있다.As illustrated in FIGS. 1 and 2 , the smart watt-
도 2를 참조하면, 본 발명의 케이블 삽입부(130)는 전체 중량을 기준으로, 실리콘 수지 15 내지 40 중량%, 트리페닐 포스페이트 12 내지 30중량%, 데카브로모디페닐에탄 5 내지 20중량%, 실란커플링제인 3-메르캅토프로필 메틸디메톡시실란 0.5 내지 5중량%, 마그네슘카보네이트와 칼슘카보네이트로 이루어진 그룹 중 1종 이상의 1 내지 7 중량% 및 잔부의 용매를 포함하는 코팅 조성물로 코팅될 수 있다. Referring to FIG. 2, the
이와 같은 코팅 조성물로 케이블 삽입부(130)를 구성하면, 스마트 전력량계의 하우징 내 내열성 및 내고온고습성이 향상될 수 있어, 스마트 전력량계의 운용 안정성 및 장수명화에 조력할 수 있다. If the
한편, 도 1을 참조하면, 스마트 전력량계의 하우징(H)에는 내부식, 내마모 코팅제를 도포할 수 있다. 즉, 스마트 전력량계를 형성하는 PC(Polycarbonate) 100 중량부에 대하여 질코늄 함량 24.6 내지 52.8 중량부와 니오븀 함량 37.2 내지 72.4 중량부를 포함하고, 스칸디움 또는 이트륨 1.5 내지 3.0 중량부를 포함하는 분말을 스프레이 분사하여 내부식, 내마모 코팅제를 도포할 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 1 , a corrosion-resistant and wear-resistant coating agent may be applied to the housing H of the smart watt-hour meter. That is, with respect to 100 parts by weight of PC (Polycarbonate) forming a smart watt-hour meter, powder containing 24.6 to 52.8 parts by weight of zirconium, 37.2 to 72.4 parts by weight of niobium, and 1.5 to 3.0 parts by weight of scandium or yttrium is sprayed. Thus, a corrosion-resistant and wear-resistant coating agent can be applied.
이와 같은 내부식, 내마모 코팅제를 도포함에 따라 스마트 전력량계의 하우징에 내구성, 내부식성, 마찰특성, 마모특성 등을 개선시킬 수 있으므로, 스마트 전력량계 운용의 안정성 및 장수명화를 도모할 수 있다. By applying such a corrosion-resistant and wear-resistant coating agent, durability, corrosion resistance, friction characteristics, wear characteristics, etc. of the housing of the smart watt-hour meter can be improved, so that the operation stability and longevity of the smart watt-hour meter can be promoted.
도 3은 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)의 구조를 예시한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 스마트 전력량계(100)는 스마트 전력량계(100)를 제어하는 처리부(220)와, 케이블 삽입부(130)에 삽입된 케이블을 통하여 소모되는 전력량을 계량하는 계량부(210)와, 송수신되는 데이터를 암호화하는 암호화 엔진(232)을 포함하는 암호화 부(230) 및 현재 사용하는 전력의 크기, 현재까지 사용한 누적 전력량, 사용자의 설정값, 펌웨어, 현재까지의 요금 등의 데이터를 입출력하는 등의 주변 장치들과 인터페이스하는 주변 장치 인터페이스부(300) 및 하나 이상의 전류 센서, 전압 센서, 전력 공급부(Power), 래치 릴레이(Latch Relay), 보조 터미널(Aux Terminal) 및 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm.) 등을 포함한다. 3 is a block diagram illustrating the structure of the smart watt-
계량부(210)는 전류 센서와, 전압 센서를 이용하여 측정한 값을 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, analog to digital converter, 212)와, 변환된 디지털 값을 연산 및 처리하는 디지털 신호 처리기(DSP, digital signal processor, 214)를 포함한다. The metering unit 210 includes a current sensor, an analog to digital converter (ADC) 212 that converts a value measured using a voltage sensor into a digital value, and a digital signal processor that calculates and processes the converted digital value. (DSP, digital signal processor, 214) is included.
일 실시예로, 아날로그 디지털 변환기(212)는 프로그래머블 게이트 어레이(PGA, programmable gate array)로 구현되며, 3배 오버 샘플링이 가능한 아날로그 디지털 변환기로 구현될 수 있다. 또한, 아날로그 디지털 변환기(212)는 기준 전압(Vref)과 온도 측정값이 입력된다. 따라서, 전류 센서와 전압 센서로 측정한 값의 온도 및 기준 전압에 의한 편차를 감소시킬 수 있다. In one embodiment, the analog-to-
나아가, 3배 오버 샘플링을 수행함으로써 종래 전력량계가 측정하는 무효 전력의 오차율인 2%, 유효 전력 오차율인 1%에서 무효 전력의 오차율 1%, 유효 전력 오차율인 0.5%로 측정이 가능하여 종래 기술에 비하여 개선된 오차율 특성을 가진다.Furthermore, by performing 3-fold oversampling, it is possible to measure the error rate of 2% of reactive power measured by a conventional watt-hour meter and the error rate of active power of 1% to 1% of error rate of reactive power and 0.5% of active power error rate. Compared to this, it has improved error rate characteristics.
나아가, 기존의 전력량계가 유효전력량 만을 측정할 수 있었으나, 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)의 계량부(210)는 복수개의 전류 센서 및 복수개의 전압 센서들과 연결되어 무효전력, 피상전력, 전압, 주파수 및 역률의 계측이 가능하다. Furthermore, the conventional watt-hour meter could measure only active power, but the metering unit 210 of the smart watt-
처리부(220)는 프로세서(222)와, 메모리(224), 고속 데이터 전송부(226) 및 인터페이스 콘트롤러(228)를 포함하며, 계량부(210)가 측정한 전력량 값을 인터페이스(310)를 통하여 제공하거나, 인터페이스(310)을 통해 제공된 값을 처리한다. 또한 처리부(220)는 스마트 전력량계(100)의 동작을 제어하고, 사용자가 버튼부(120)를 통하여 설정한 바와 같이 스마트 전력량계(100)를 제어한다. The processing unit 220 includes a
일 실시예로, 프로세서(222)는 범용 연산 및 처리 가능한 범용 마이크로 처리 장치(MCU, micro controller unit)일 수 있으며, 본 실시예에서, 프로세서(222)는 코텍스 M3 기반 MCU일 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예로, 메모리(224)는 랜덤 억세스 메모리(RAM, random access memory)일 수 있으며, 처리 과정에 필요한 명령 및 연산 결과들이 저장될 수 있다. 일 예로, 메모리(224)의 저장 용량은 128KB일 수 있다. 도시된 실시예에서, 처리부(220)는 외부 메모리(Ext. memory)와 연결되어 저장 용량을 확장할 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예로, 처리부(220)는 고속 데이터 전송부(226)을 포함할 수 있다. 고속 데이터 전송부(226)는 DMAC(Direct memory access controller)로 주변 장치 인터페이스(310) 및 주변 장치들(320, 321, ..., 329)과 함께 사용된다. 일 예로, 고속 데이터 전송부(226)인 DMAC은 4 개의 데이터 전송 채널을 통해 데이터 전송을 수행한다. 일 실시예로, DMAC 고속 데이터 전송부(226)는 주변 기기와의 고속 데이터 전송을 위하여 타이머(timer) 및 고속 펄스(Pulse output)과 연동되어 사용될 수 있다. In one embodiment, processing unit 220 may include a high-speed
프로세서(222), 메모리(224) 및 고속 데이터 전송부(226) 사이의 데이터 송수신은 고속 데이터 버스인 AHB 버스(Advanced high-performance bus) 인터페이스 규격에 의하여 이루어진다. AHB 버스는 높은 시스템 클록으로 동작하며 높은 스루풋(throughput)으로 프로세서(222), 메모리(224) 및 고속 데이터 전송부(226) 사이의 데이터 송수신이 이루어지도록 한다. Data transmission and reception between the
인터페이스 콘트롤러(228)는 장치 제어부(320)에 포함된 시스템 콘트롤러(3200)와 디스플레이 콘트롤러(32010), 통신 제어부(321)에 포함된 I2C 통신 제어기(3212), SPI 인터페이스 제어기(Serial periphral device interface, 3214), UART 통신 제어기(3216) 및 CAN 통신 제어기(3218)와 시간 제어부(322)에 포함된 RTC(326) 및 타이머(327) 등의 전력 소모가 낮은 주변 장치들에서 사용되는 APB 버스를 프로세서(222), 메모리(224) 및 고속 데이터 전송부(226) 사이 고속 데이터 버스인 AHB 버스와 상호 인터페이스한다. 따라서, 프로세서(222), 메모리(224) 및 고속 데이터 전송부(226) 사이에서의 데이터 전송 스루풋이 감소되지 않도록 하며, 주변 장치들(320, 321, ..., 329)이 저전력으로 동작하며 처리부(220)와 인터페이스되도록 한다. The
암호화부(230)는 송수신되는 데이터를 암호화하는 암호화 엔진(232)을 포함한다. 암호화 엔진(232)는 일 예로, AES-128의 보안 알고리즘에 따라 송수신되는 데이터를 암호화 및 보호화를 수행할 수 있다. The encryption unit 230 includes an
주변 장치 인터페이스부(300)는 주변 장치 인터페이스(Peri. Interface, 310)와 스마트 전력량계 및 주변 장치들을 제어하는 장치 제어부(320), 스마트 전력량계 및 주변 장치의 통신을 제어하는 통신 제어부(321) 및 스마트 전력량계 시스템과 주변 장치의 시간의 시스템 클록을 설정 및 공유하는 시간 제어부(322)를 포함한다. 일 예로, 시스템 콘트롤러(3200), 디스플레이 콘트롤러(3201)는 주변 장치 인터페이스(310)를 통하여 처리부(220)와 인터페이스되어 데이터를 송수신한다. 시스템 콘트롤러(3200)는 스마트 전력량계 및/또는 통신 주변 장치(Comm.) 등의 주변 장치를 제어한다. 디스플레이 콘트롤러(3201)는 사용자에게 정보를 표시하는 디스플레이부(110)를 제어한다. The peripheral
통신 제어부(321)는 I2C 통신 제어기(3212), SPI 통신 제어기(3214), UART 통신 제어기(3216) 및 CAN 통신 제어기(3218)를 포함하며, 이들 통신 제어기들을 통해 연결되는 주변 장치들과 주변 장치 인터페이스부(300)를 통하여 데이터를 송수신한다. The
일 예로, 통신 제어부(321)는 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm.)와 연결되어 스마트 전력량계(100)의 구동 펌웨어(firmware)를 수신하여 업데이트를 수행할 수 있다. 다른 예로, 통신 제어부(321)는 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm.)와 연결되어 스마트 전력량계(100)로 측정한 전력량을 전력 공급자 측에 전송할 수 있다. For example, the
주변 장치 인터페이스 부(300)의 시간 제어부(322)는 실시간 클록을 제공하는 RTC 부(Real Time Clock, 3226)와 타이머(3227)를 포함할 수 있다. 일 예로, 고속 데이터 전송부(226)인 DMAC(Direct memory access controller)는 타이머(timer) 및 고속 펄스(Pulse output)와 함께 외부의 주변 장치와 함께 고속 데이터 통신을 수행할 수 있다. The
본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 래치 릴레이(Latch Relay)를 포함한다. 종래의 배선 차단기는 안전한 전력 사용을 위해 배전망에 필수적으로 사용되며, 반드시 릴레이를 통해서 연동하여 사용되거나 사람에 의해 인위적으로 작동한다. 그러나, 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)에 있어서 처리부(220)에 포함된 프로세서(222)는 계량부(210)가 측정한 순간 전력 소모량이 급증하면 릴레이가 차단되도록 주변 장치 인터페이스부(300)를 통하여 차단 명령을 제공하고, 주변 장치 인터페이스부(300)는 차단 명령을 제공받고 래치 릴레이가 차단되도록 제어한다. The smart watt-
일반적인 릴레이는 차단 상태를 유지하거나, 도통 상태를 유지하기 위하여 지속적인 전력 공급이 필요하다. 그러나, 본 실시예의 스마트 전력량계(100)에 포함된 래치 릴레이는 도통 상태 및 차단 상태를 유지하는 경우에도 별도의 전원없이 상태가 유지되므로, 유선 및 무선 통신을 통해 별도의 전력 공급없이 원격으로 부하의 제어가 가능하다. 나아가, 본 실시예에 의하면, 전력의 사용 형태에 따라 자체적으로 통신부(Comm.)를 통하여 유선 혹은 무선으로 부하 차단을 수행할 수 있다.A typical relay requires continuous power supply to maintain a cut-off state or a conduction state. However, since the latch relay included in the smart watt-
상기한 구성을 가지는 스마트 전력량계(100)의 동작을 살펴본다. 도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 실시에에 의한 스마트 전력량계(100)의 동작을 개요적으로 설명하기 위한 개요도들이다. The operation of the smart watt-
도 4(a)는 스마트 전력량계(100)에 포함된 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm)와 네트워크를 통하여 공급자에게 계량한 전력량을 전송하는 과정을 도시한 도면이다. 도 4(a)를 참조하면, 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm)를 통하여 필요한 데이터의 송신이 가능하다. 일 실시예에서, 유선 및 무선 통신 주변 장치(comm.)는 계량부(210)가 계량한 월간 사용 전력량을 매월 정해진 날짜에 전력 공급자에게 송신할 수 있다. 일 예로, 유선 및 무선 통신 주변 장치(comm.)는 LTE, 와이파이(Wi-fi), 직비(Zigbee), 블루투스(bluetooth) 등의 무선 통신 프로토콜 혹은 이더넷, 시리얼 등의 유선 통신 프로토콜에 따라 필요한 정보를 송신할 수 있다. 따라서, 검침원이 일일이 사용자를 방문하여 검침할 필요가 없다. FIG. 4(a) is a diagram illustrating a process of transmitting the measured amount of power to a supplier through a wired and wireless communication peripheral device (Comm) included in the smart watt-
도 4(b)는 공급자로부터 네트워크를 통하여 스마트 전력량계(100)의 구동에 필요한 펌웨어(firmware)를 수신하는 과정을 개요적으로 도시한 도면이다. 유선 및 무선 통신 주변 장치(comm.)는 스마트 전력량계(100)의 구동에 필요한 펌웨어(firmware)를 수신하고 자동, 원격으로 업데이트할 수 있다. 이로부터, 요금 정책 변경, 스마트 전력량계(100)의 유지 보수시 용이하게 펌웨어 업데이트를 수행할 수 있다. 따라서, 불필요한 기계 교체 없이 지속적으로 사용 가능할 수 있다는 장점이 제공된다. 처리부(220)는 통신부(comm.)로부터 펌웨어 업데이트 파일을 수신하고, 처리부(220)에 형성된 부트로더(bootloader)로부터 업데이트를 수행할 수 있다.4(b) is a diagram schematically illustrating a process of receiving firmware necessary for driving the smart watt-
유선 및 무선 통신 주변 장치(comm.)는 무선 통신 및 유선 통신 프로토콜에 상응하도록 형성되며, 일 예로, LTE, 와이파이(Wi-fi), 직비(Zigbee), 블루투스(bluetooth) 등의 무선 통신 프로토콜 혹은 이더넷, 시리얼 등의 유선 통신 프로토콜에 부합한다. 나아가, 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 RS485등의 시리얼 통신으로 외부 모뎀(ext. modem)과 연결될 수 있어 다양한 방식의 모뎀으로 데이터 송수신을 수행할 수 있다. Wired and wireless communication peripherals (comm.) are formed to correspond to wireless communication and wired communication protocols, for example, wireless communication protocols such as LTE, Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth, or the like It conforms to wired communication protocols such as Ethernet and serial. Furthermore, the smart watt-
일 실시예로, 유선 및 무선 통신 주변 장치(comm.)는 통합 검침용 데이터 수집 장치(미도시)와 유선 혹은 무선 통신으로 연결될 수 있다. 유선 및 무선 통신 주변 장치(comm.)는 통합 검침용 데이터 수집 장치로부터 가스, 수도 등의 계량값을 획득할 수 있으며, 이를 디스플레이(130)부에 표시할 수 있다. As an embodiment, a wired and wireless communication peripheral device (comm.) may be connected to a data collection device (not shown) for integrated meter reading through wired or wireless communication. A wired and wireless communication peripheral device (comm.) may acquire metering values such as gas and water from an integrated meter reading data collection device and display them on the
도 4(c)는 사용자가 네트워크를 통하여 스마트 전력량계(100)를 원격으로 제어하는 과정을 개요적으로 도시한 도면이다. 사용자는 네트워크를 통하여 휴대 단말로 댁내의 특정 장치에 대한 전력 공급 상황을 전달받을 수 있으며, 해당 장치가 연결된 래치 릴레이를 제어함으로써 해당 장치에 대한 전력을 차단할 수 있다. 도 4(c)를 참조하면, 스마트 전력량계(100)는 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm.)을 통하여 댁내에서 소모된 전력량을 사용자에게 전송할 수 있다. 사용자가 특정 장치(일 예로, 조명 기구)에서 소모되는 전력량이 많다고 파악하면 휴대 전화, 타블렛 등의 휴대용 단말로 네트워크를 통하여 해당 장치에 공급되는 전력을 차단하는 제어 명령을 전송할 수 있다. 유선 및 무선 통신 주변 장치(Comm.)는 네트워크를 통하여 제어 명령을 제공받고 주변 장치 인터페이스부(300)를 통하여 제어 명령을 처리부(220)에 제공한다. 처리부(220)는 제어 명령에 따라 래치 릴레이(Latch Relay) 제어신호를 제공하여 래치 릴레이(Latch Relay)를 제어하여 목적하는 장치에 대한 전력을 차단할 수 있다. 4(c) is a diagram schematically illustrating a process in which a user remotely controls the smart watt-
상술한 바와 같이 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 래치 릴레이를 포함하며, 래치 릴레이는 도통 상태 및 차단 상태를 유지하는 경우에도 별도의 전원없이 상태가 유지되므로, 유선 및 무선 통신을 통해 별도의 전력 공급없이 원격으로 부하의 제어가 가능하다는 장점이 제공된다.As described above, the smart watt-
본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 상술한 바와 같이 3배 오버 샘플링을 수행하여 전압 및 전류를 측정한다. 이로부터 기존 유효 전력 측정의 오차율 1%에서 0.5%로 감소시킬 수 있고, 기존 무효 전력 측정의 오차율을 2 %에서 1 %로 감소시킬 수 있다.As described above, the smart watt-
나아가, 기존의 전력량계가 유효전력량 만을 측정할 수 있었으나, 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 복수개의 전류 센서 및 복수개의 전압 센서들과 연결되어 무효전력, 피상전력, 전압, 주파수 및 역률의 계측이 가능하다. Furthermore, while conventional watt-hour meters could measure only active power, the smart watt-
댁내로 제공되는 전력에 왜곡이 많이 포함되어 있으면 TV 등의 디스플레이 장치와 오디오 등의 음향 장치로 출력되는 화상 및 음향에 고주파 소음이 발생한다. 종래의 전력량계는 상술한 바와 같이 단순히 댁내에서 소모되는 전력량을 누산하는 기능에 그쳤으나, 본 실시예에 의한 전력량계는 전고조파 왜율(THD, total harmonic distortion)을 측정하므로 댁내로 제공되는 전력에 왜곡이 얼마나 포함되어 있는지를 파악할 수 있다. If the power supplied to the house contains a lot of distortion, high-frequency noise is generated in images and sounds output to a display device such as a TV and an audio device such as an audio device. As described above, the conventional watt-hour meter merely has a function of accumulating the amount of power consumed in the house. You can find out if it is included.
발전된 전력량이 풍부한 시간대에 소모되는 전력의 가격은 발전된 전력량이 풍부하지 않을 때의 전력 가격에 비하여 저렴하다. 즉, 전력은 시간대에 따라서 값이 달라진다. 그러나 지금까지의 전력량계는 사용자가 소모한 전력량을 누적하는 기능만을 수행할 뿐, 어느 시간대에 얼마만큼의 전력을 사용하여 사용된 전력량에 대한 가격을 구별할 수 없었다. The price of electricity consumed in a time zone when the amount of generated power is abundant is lower than the price of electricity when the amount of generated power is not abundant. That is, the value of power varies according to time zone. However, conventional watt-hour meters only perform a function of accumulating the amount of power consumed by a user, and cannot discriminate the price for the amount of power used by using how much power at a certain time.
그러나, 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 TOU(Time of Use) 기능을 제공한다. 이것은 사용시간 및 계절에 따라, 각각의 요율이 다를 경우 각 경우별로 구분 계량하는 기능을 제공하여 사용자가 경제적으로 전력을 소모할 수 있도록 한다. However, the smart watt-
본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 주변 장치로 실시간 클록 장치를 연결하여 사용자가 소모하는 전력량과 더불어 전력 사용 시간을 함께 계측할 수 있다. 이로부터 사용 시간별 전력 요금(RTP, Real Time Pricing)의 부과가 가능하다는 장점 뿐만 아니라, 스마트그리드 환경하에서 실시간 요금제(RTP)를 활용하여 전체 전력망의 부담을 줄일 수 있다. The smart watt-
또한 본 실시예에 의한 스마트 전력량계(100)는 단상 2선식, 3상 4선식의 케이블을 케이블 삽입부(130)에 삽입하고, 버튼부(120)를 조작하여 여러 전력 공급 방식으로 전력이 공급되어도 용이하게 소모하는 전력량을 계측할 수 있다.In addition, the smart watt-
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in relation to specific embodiments of the present invention, this is only an example and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art to which the present invention belongs may change or modify the described embodiments without departing from the scope of the present invention, and within the scope of equivalents of the technical spirit of the present invention and the claims to be described below Many modifications and variations are possible.
100: 스마트 전력량계
110: 디스플레이
112: 경보부
120: 버튼부
H: 하우징
130: 케이블 삽입부
210: 계량부
212: 아날로그 디지털 변환기
214: 디지털 신호 처리기
220: 처리부
222: 프로세서
224: RAM
226:고속 신호 데이터 전송부
228: 인터페이스 콘트롤러
230: 보안부
232:암호화 엔진
300: 주변 장치 인터페이스부
310: 주변 장치 인터페이스
320: 장치 제어부
3200: 시스템 제어부
3201: 디스플레이 제어부
321: 통신 제어부
3212: I2C 통신 제어기
3214: SPI 인터페이스 제어기
3216: UART 통신 제어기
3218: CAN 통신 제어기
322: 시간 제어부
3226: RTC(326)
3227: 타이머100: smart power meter 110: display
112: alarm unit 120: button unit
H: housing 130: cable insertion
210: metering unit 212: analog-to-digital converter
214: digital signal processor 220: processing unit
222: processor 224: RAM
226: high-speed signal data transmission unit 228: interface controller
230: security unit 232: encryption engine
300: peripheral device interface unit 310: peripheral device interface
320: device control unit 3200: system control unit
3201: display control unit 321: communication control unit
3212: I2C communication controller 3214: SPI interface controller
3216: UART communication controller 3218: CAN communication controller
322: time controller 3226: RTC (326)
3227: Timer
Claims (10)
소모된 전력량을 계측하는 계량부;
상기 스마트 전력량계를 제어하는 처리부; 및
상기 스마트 전력량계의 주변 장치를 인터페이스하는 주변 장치 인터페이스부;를 포함하되,
상기 주변 장치 인터페이스부는, 상기 처리부와 상기 주변 장치 인터페이스를 인터페이스하는 주변 장치 인터페이스와, 상기 주변 장치 인터페이스와 연결된 주변 장치들을 제어하는 장치 제어부, 통신 제어부 및 시간 제어부를 구비하고,
상기 주변 장치는 유선 및 무선 통신 주변 장치를 포함하며,
상기 스마트 전력량계는 사용자가 네트워크를 통하여 상기 스마트 전력량계를 제어할 수 있는 스마트 전력량계.
As a smart watt-hour meter, the smart watt-hour meter,
a metering unit that measures the amount of power consumed;
a processing unit controlling the smart watt-hour meter; and
Including; a peripheral device interface unit that interfaces the peripheral devices of the smart watt-hour meter;
The peripheral device interface unit includes a peripheral device interface that interfaces the processing unit and the peripheral device interface, a device controller that controls peripheral devices connected to the peripheral device interface, a communication controller, and a time controller;
The peripheral devices include wired and wireless communication peripheral devices,
The smart watt-hour meter is a smart watt-hour meter in which a user can control the smart watt-hour meter through a network.
상기 스마트 전력량계는, 상기 소모된 전력량을 사용 시간, 사용 일자 별로 계량하여 각 요율별로 구분 계량하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The smart watt-hour meter is a smart watt-hour meter, characterized in that the amount of consumed power is measured for each usage time and usage date and separately measured for each rate.
상기 스마트 전력량계는 복수개의 전류 센서 및 하나 이상의 전압 센서를 더 포함하며,
상기 계량부는 무효 전력, 피상 전력, 전압, 주파수, 역률 및 전고조파왜율을 측정하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The smart watt-hour meter further includes a plurality of current sensors and one or more voltage sensors,
The smart watt-hour meter, characterized in that the metering unit measures reactive power, apparent power, voltage, frequency, power factor and total harmonic distortion.
상기 스마트 전력량계는 복수개의 전류 센서 및 하나 이상의 전압 센서를 더 포함하며,
상기 계량부는 무효 전력, 피상 전력, 전압, 주파수, 역률 및 전고조파왜율을 측정하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The smart watt-hour meter further includes a plurality of current sensors and one or more voltage sensors,
The smart watt-hour meter, characterized in that the metering unit measures reactive power, apparent power, voltage, frequency, power factor and total harmonic distortion.
상기 주변 장치는, 상기 사용자 댁내의 장치와 연결된 래치 릴레이를 더 포함하며,
상기 사용자는 원격으로 상기 스마트 전력량계에 포함된 래치 릴레이를 제어하여 상기 댁내의 장치에 전력을 제공하거나 차단하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The peripheral device further includes a latch relay connected to the device in the user's home,
The smart watt-hour meter, characterized in that the user remotely controls a latch relay included in the smart watt-hour meter to provide or cut off power to the in-house device.
상기 유선 및 무선 통신 주변 장치는, 네트워크로부터 상기 스마트 전력량계의 펌웨어를 수신하고,
상기 처리부는, 부트로더를 통하여 수신한 상기 펌웨어로 상기 스마트 전력량계의 펌웨어를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The wired and wireless communication peripheral devices receive the firmware of the smart watt-hour meter from the network,
The smart watt-hour meter, characterized in that the processing unit updates the firmware of the smart watt-hour meter with the firmware received through a bootloader.
상기 스마트 전력량계는, 보안부를 더 포함하며,
상기 보안부는, 송수신 되는 데이터를 AES-128의 보안 알고리즘에 따라 암호화 및 복호화하는 암호화 엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The smart watt-hour meter further includes a security unit,
The security unit includes an encryption engine that encrypts and decrypts transmitted and received data according to an AES-128 security algorithm.
상기 스마트 전력량계는, 정해진 날짜마다 소모한 전력량을 전력 공급자에게 송신하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The smart watt-hour meter is a smart watt-hour meter, characterized in that for transmitting the amount of power consumed on a predetermined date to a power supplier.
상기 계량부는, 전류 센서 및 전압 센서를 이용하여 측정한 값을 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, analog to digital converter)를 포함하며,
상기 아날로그 디지털 변환기는 3배 오버 샘플링을 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.
According to claim 1,
The metering unit includes an analog to digital converter (ADC) that converts a value measured using a current sensor and a voltage sensor into digital,
The analog-to-digital converter performs 3-fold oversampling.
상기 아날로그 디지털 변환기는, 프로그래머블 게이트 어레이(PGA, programmable gate array)로 구현된 것을 특징으로 하는 스마트 전력량계.According to claim 9,
The analog-to-digital converter is a smart watt-hour meter, characterized in that implemented as a programmable gate array (PGA).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210091780A KR20230011128A (en) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | Smart power meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210091780A KR20230011128A (en) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | Smart power meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230011128A true KR20230011128A (en) | 2023-01-20 |
Family
ID=85108593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210091780A KR20230011128A (en) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | Smart power meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20230011128A (en) |
-
2021
- 2021-07-13 KR KR1020210091780A patent/KR20230011128A/en not_active IP Right Cessation
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