WO2020067608A1 - 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템 - Google Patents

생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템 Download PDF

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WO2020067608A1
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WO
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energy
power
management system
analysis device
factory
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PCT/KR2018/015218
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최동수
고성훈
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(주)아이엠
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    • G06Q20/00—Payment architectures, schemes or protocols
    • G06Q20/08—Payment architectures
    • G06Q20/14—Payment architectures specially adapted for billing systems
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    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the present invention relates to a factory energy management system, and more particularly, to present a standardized model of a factory-type energy management system suitable for the industrial facility power environment, and an intelligent factory for reducing production energy that can form the basis for the industrial facility energy reduction environment. It is about an energy management system.
  • BEMS Building Energy Management System
  • FEMS Fractory Energy Management System
  • Patent Document 1 discloses "a method for measuring electric energy savings and an energy management system using the same". Controlling the energy use of the; Calculating an electric energy saving amount by the control step; And providing information on the amount of electrical energy saving calculated in the calculating step.
  • the present invention was created by comprehensively considering the above, and analyzes energy consumption behavior, and uses the analyzed energy consumption behavior data to enable the energy management system to reduce power consumption of the target facility and perform optimal energy saving.
  • the purpose of this is to provide a standardized model of a factory-type energy management system suitable for the industrial facility power environment, and to provide an intelligent factory energy management system for reducing production energy that can create a foundation for the industrial facility energy reduction environment. There is this.
  • a power measurement and analysis device which is installed in a switchboard installed in a factory or a large building, receives voltage and current data measured by a voltage and current sensor, and calculates and analyzes power based thereon;
  • An energy analysis device for analyzing power consumption behavior based on the power value and analysis data calculated by the power measurement and analysis device
  • a power converter for converting power is installed, and energy that controls the power converter to reduce power consumption of the target facility and perform optimal energy saving by using energy consumption behavior data analyzed by the energy analysis device Management system;
  • It is connected to the power measurement and analysis device, energy analysis device and energy management system through the Internet, and monitors the power status of each process in the factory, power, voltage, current, and abnormality of each minute / distribution panel to display on the screen in real time. It is characterized in that it includes an integrated monitoring device for display.
  • the power measurement and analysis device may be configured in the form of an extended module capable of 3-phase 3-wire, single-phase measurement based on a 3-phase 4-wire system.
  • the power measurement and analysis device may be configured such that the measured voltage range can measure up to 260 V for each phase voltage, up to 450 V between line voltages, and for the measured current range up to 400 A for each phase current.
  • the energy analysis device may be configured to analyze power consumption behavior for each time zone and process.
  • the energy management system in controlling the power converter, the size of the maximum power by using a portion of the power used in the maximum power consumption time consumed in the factory as the power of the ESS (Energy Storage System) or renewable energy source
  • the power converter can be controlled by a peak-cutting method that reduces the.
  • the energy management system may control the power converter by a load power averaging method that obtains an average value of power mainly consumed in a factory and uses an excess amount thereof as power of an ESS or a renewable energy source.
  • the energy management system uses the renewable energy of at least one of solar, wind, fuel cell, and ESS, or minimizes standby power excluding standby power essential to the operation of the plant to minimize energy consumption, thereby converting the power converter. Can be controlled.
  • the integrated monitoring device may include a data server that receives and stores measurement and analysis data collected by the power measurement and analysis device, and calculates various preset indicators based on the stored data.
  • the integrated monitoring device may perform history management and status monitoring for each monitoring object, and provide data to permitted users and administrators.
  • the integrated monitoring device may provide power consumption in daily, weekly, and monthly units.
  • the integrated monitoring device may provide a service for detecting and alerting specific events such as peak power detection and standby power detection.
  • the integrated monitoring device may provide a monitoring service for a mobile terminal that can grasp the situation through the mobile terminal.
  • the energy management system controls the built-in power converter to reduce the power consumption of the target facility and perform optimal energy saving, thereby powering industrial facilities It has the advantage of being able to present a standardized model of a factory-type energy management system suitable for the environment, and to create an infrastructure for reducing energy in industrial facilities.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of an intelligent factory energy management system for reducing production energy according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a prototype of a power measurement and analysis device of an intelligent factory energy management system for reducing production energy according to the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a communication system between a data server of the power measurement and analysis device and the integrated monitoring device.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a data communication process between a power measurement and analysis device and a data server of an integrated monitoring device.
  • 5 to 10 are views showing various web-based services of the integrated monitoring device.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of an intelligent factory energy management system for reducing production energy according to an embodiment of the present invention.
  • an intelligent factory energy management system 100 for reducing production energy includes a power measurement and analysis device 110, an energy analysis device 120, an energy management system 130, and an integrated monitoring device It is configured to include 140.
  • the power measurement and analysis device 110 is installed in a switchboard installed in a factory or a large building, receives voltage and current data measured by a voltage and current sensor, and calculates and analyzes power based thereon.
  • the power measurement and analysis device 110 may be configured in the form of an extended module capable of three-phase, three-wire, single-phase measurement based on a three-phase four-wire system.
  • the power measurement and analysis device 110 may be configured such that the measured voltage range can measure up to 260 V for each phase voltage, up to 450 V between line voltages, and up to 400 A for each phase current for the measured current range.
  • the numerical ranges as described above represent one embodiment, and are not necessarily limited to such values, and design changes may be made to any other value depending on the object or situation to which the power measurement and analysis device 110 is applied. have.
  • the energy analysis device 120 analyzes power consumption behavior based on the power value and analysis data calculated by the power measurement and analysis device 110.
  • the energy analysis device 120 may be configured to analyze power consumption behavior for each time zone and process. Of course, it can be further configured to analyze daily, weekly, and monthly power consumption behavior.
  • the energy management system 130 is provided with a power converter 130a for converting power therein, and uses the energy consumption behavior data analyzed by the energy analysis device 120 to reduce power consumption of the target facility and optimize it.
  • the power converter 130a is controlled to perform energy saving.
  • an energy management system 130 in controlling the power converter 130a a portion of the power used in the maximum power consumption time consumed in the factory is used as the power of an ESS (Energy Storage System) or a renewable energy source.
  • the power converter 130a can be controlled by a peak-cutting method that reduces the size of the maximum power. For example, when the power consumption between 1 pm and 3 pm is 1000 kWh, the maximum point of actual power consumption can be reduced to 800 kWh by supplying 200 kWh of power from ESS and renewable energy sources.
  • the energy management system 130 may control the power converter 130a by a load power averaging method that obtains an average value of power mainly consumed in a factory and uses the excess amount as power of an ESS or a renewable energy source. This is, for example, when the average power consumption between 8:00 am and 6:00 pm is 300 kWh, power is supplied to a section consumed in excess of 300 kWh with the power of the ESS and renewable energy sources. That is, when 500 kWh is consumed between 1 pm and 2 pm, the actual consumption power is maintained at 300 kWh by supplying 200 kWh of the average power consumption over 300 kWh as the power of the ESS and renewable energy sources.
  • the energy management system 130 is to use the renewable energy of at least one of solar, wind, fuel cell, ESS, or to minimize energy by excluding standby power necessary for the operation of the plant to perform energy saving.
  • the power converter 130a can be controlled.
  • the integrated monitoring device 140 is connected to the power measurement and analysis device 110, the energy analysis device 120, and the energy management system 130 through the Internet, and the power status of each process in the factory, each minute / switchboard It monitors the power, voltage, current and abnormality and displays them on the screen in real time.
  • the integrated monitoring device 140 receives and stores measurement and analysis data collected by the power measurement and analysis device 110, and a data server 140a that calculates various preset indicators based on the stored data. It can be provided.
  • the integrated monitoring device 140 may perform history management and status monitoring for each monitoring object, and provide data to permitted users and administrators.
  • the integrated monitoring device 140 as described above may provide power consumption in daily, weekly, and monthly units.
  • the integrated monitoring device 140 may provide a service for detecting and alerting specific events such as peak power detection and standby power detection.
  • the integrated monitoring device 140 may provide a monitoring service for a mobile terminal that enables to grasp the situation through a mobile terminal (for example, a smart phone, a notebook PC, etc.).
  • FIG. 2 is a view showing a prototype of a power measurement and analysis device of an intelligent factory energy management system for reducing production energy according to the present invention.
  • the power measurement and analysis device 110 may be configured in the form of an extended module capable of three-phase, three-wire, single-phase measurement based on a three-phase, four-wire system, and the measurement voltage range of each phase.
  • the voltage reference up to 260V, the line voltage up to 450V, and the measured current range can be configured to measure up to 400A for each phase current.
  • the computing device may include a DSP (for example, DSP320F28335), a communication device may include RS232, RS485, iOS, WiFi, etc., a TFT LCD 3.5 inch as a display device, and an SD card as a storage device. Can be.
  • FIG 3 is a view showing a communication system between a data server of the power measurement and analysis device and the integrated monitoring device.
  • the DSP board 301 refers to the power measurement and analysis device 110 described in FIG. 2 above, and the values output from the power measurement and analysis device 110 in FIG. 2 communicate RS232C. It is input to the PC (Arduino Mega2560 R3) 302 through. The input data is stored in a storage device (RTC-SD Card Module) 303, and it can also be viewed from the outside through a display device (TFT LCD Module) 304. In addition, data is transmitted to the data server 140a of the integrated monitoring device 140 every 1 minute (30 seconds, 1 minute, 5 minutes, and 10 minutes depending on the setting) through the WiFi (ESP8266 WiFi Module) 305. Is done.
  • reference numeral 306 denotes a real time counter (RTC).
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a data communication process between a power measurement and analysis device and a data server of an integrated monitoring device.
  • communication means such as RS232, RS485, iOS, WiFi, and RTC, LCD, SD, etc. are set, and then time is read from the RTC 306 (Steps S401, S402).
  • step S403 After a certain period of time has passed due to the above, it is determined whether it is a data storage time (step S403), and if it is a data storage time, the data is read from the DSP 301, the data is stored in the SD card 303, and the LCD 304 Data is displayed (steps S404 to S406). In addition, if it is not the data storage time in the determination of step S403, the process proceeds to step S407 described later.
  • the DSP 301 determines whether it is time to transmit data to the data server 140a of the integrated monitoring device 140 (step S407), and if it is time to transmit, transmits the data to the data server 140a (step S408). . When it is not time to transmit, the process returns to step S402.
  • FIGS. 5 to 10 are views showing various web-based services of the integrated monitoring device.
  • FIG. 6 is a detailed real-time monitoring screen for each distribution panel
  • FIG. 7 is an integrated power usage real-time monitoring screen, and provides parameters (voltage, current, power, etc.) of individually installed distribution panels in real-time monitoring, thereby changing parameters by time zone You can check the trend.
  • FIG. 8 (A) is a parameter statistic for each time zone (daily chart), and (B) is detailed data for each distribution panel (daily chart).
  • (A) is the daily power usage statistics (monthly chart), and (B) is the monthly power usage statistics (yearly chart). This allows you to compare power usage status for each day in a month and for each month in a year.
  • 10A is an integrated daily power usage statistics (monthly chart), and (B) is an integrated monthly power usage statistics (yearly chart). Through this, it is possible to compare the power usage status for each day during a month and for each month during a year for the entire distribution panel.
  • the intelligent factory energy management system for reducing production energy uses the energy consumption behavior data analyzed by the energy analysis device so that the energy management system reduces power consumption of the target facility and optimizes energy saving.
  • the built-in power converter By controlling the built-in power converter to perform the above, it is possible to present a standardization model of a factory-type energy management system suitable for the power environment of an industrial facility, and has the advantage of being able to create a foundation for an energy reduction environment for an industrial facility.

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Abstract

본 발명에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템은, 전압 및 전류 센서에 의해 측정된 전압 및 전류 데이터를 제공받아, 그를 바탕으로 전력을 계산 및 분석하는 전력 측정 및 분석 장치와; 전력 측정 및 분석 장치에 의해 계산된 전력값 및 분석 데이터를 바탕으로 전력 소비 행태를 분석하는 에너지 분석 장치와; 상기 에너지 분석 장치에 의해 분석된 에너지 소비 행태 데이터를 이용하여 대상 시설의 소비 전력을 저감하고 최적의 에너지 절감을 수행하도록 전력변환기를 제어하는 에너지 관리 시스템; 및 공장에서의 각 공정별 전력 현황, 각 분/배전반의 전력, 전압, 전류 및 이상 유무를 모니터링하여 실시간으로 화면에 표시하는 통합 모니터링 장치를 포함한다.

Description

생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템
본 발명은 공장 에너지 관리 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 산업시설 전력환경에 적합한 공장형 에너지 관리 시스템의 표준화 모델을 제시하고, 산업시설 에너지 저감 환경 기반을 조성할 수 있는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
우리나라는 최근 들어 이상기후와 원자력발전 중지 등으로 여름철 전력문제가 자주 발생하고 있어 효율적인 에너지 절감 대책 마련이 요구된다. 정부는 앞으로 새롭게 조성되는 산업단지에 대해 에너지저감관리 기술이 적용된 에너지 효율 최적화단지로 조성할 계획을 수립중이며, 일부 지역에 대해서는 세부적인 설계까지 추진하고 있다.
또한, 정부는 "전력수급 전망 및 대책"에서 에너지 수요관리 효율화 차원에 BEMS(Building Energy Management System), FEMS(Factory Energy Management System) 등 에너지 절감 관리시스템 확충을 포함한 IT기반 스마트 절전 종합 대책을 수립하겠다고 발표했다.
우리나라는 최근 전력다소비 산업 비중(제조업 등)이 지속적으로 높아지면서 전력 수요가 증가되고 있다. 또한, 최근 반복되는 이상기온(폭염, 한파)으로 냉ㆍ난방기 보급이 급증하면서 비산업용 전력수요가 크게 증가하고 있다. 그러나 기존 발전 설비의 노후화와 원자력 발전설비의 잦은 고장 등으로 전력 공급예비력이 급락하고 있다. 따라서, 에너지 절감 및 관리 대책이 절실히 요구되고 있다.
한편, 한국 공개특허공보 제10-2014-0086252호(특허문헌 1)에는 "전기 에너지 절감량 측정 방법 및 이를 적용한 에너지 관리 시스템"이 개시되어 있는 바, 이에 따른 에너지 관리 방법은, 전기 에너지 사용기기에서의 에너지 사용을 제어하는 단계; 상기 제어 단계에 의한 전기 에너지 절감량을 산출하는 단계; 및 상기 산출단계에서 산출된 전기 에너지 절감량에 대한 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 전기 에너지 사용기기의 에너지 사용 제어 과정에 의한 전기 에너지 절감량을 산출할 수 있어, 에너지 관리 시스템에 의한 에너지 절감 효과를 파악할 수 있는 효과가 있을지는 모르겠으나, 에너지 절감 및 관리를 보다 효율적으로 수행할 수 있는 방안을 구체적으로 제시하지는 못하고 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 종합적으로 감안하여 창출된 것으로서, 에너지 소비 행태를 분석하고, 분석된 에너지 소비 행태 데이터를 이용하여 에너지 관리 시스템이 대상 시설의 소비 전력을 저감하고 최적의 에너지 절감을 수행하도록 시스템 전체를 제어함으로써, 산업시설 전력환경에 적합한 공장형 에너지 관리 시스템의 표준화 모델을 제시하고, 산업시설 에너지 저감 환경 기반을 조성할 수 있는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템은,
공장이나 대형 건물에 설비되어 있는 수배전반에 설치되며, 전압 및 전류 센서에 의해 측정된 전압 및 전류 데이터를 제공받아, 그를 바탕으로 전력을 계산 및 분석하는 전력 측정 및 분석 장치와;
상기 전력 측정 및 분석 장치에 의해 계산된 전력값 및 분석 데이터를 바탕으로 전력 소비 행태를 분석하는 에너지 분석 장치와;
내부에는 전력을 변환하기 위한 전력변환기가 설치되며, 상기 에너지 분석 장치에 의해 분석된 에너지 소비 행태 데이터를 이용하여 대상 시설의 소비 전력을 저감하고 최적의 에너지 절감을 수행하도록 상기 전력변환기를 제어하는 에너지 관리 시스템; 및
상기 전력 측정 및 분석 장치, 에너지 분석 장치 및 에너지 관리 시스템과 인터넷을 통해 연결되며, 공장에서의 각 공정별 전력 현황, 각 분/배전반의 전력, 전압, 전류 및 이상 유무를 모니터링하여 실시간으로 화면에 표시하는 통합 모니터링 장치를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 전력 측정 및 분석 장치는 3상 4선식 기반으로 3상 3선식, 단상 측정이 가능한 확장형 모듈 형태로 구성될 수 있다.
이때, 상기 전력 측정 및 분석 장치는 측정 전압 범위가 각 상전압 기준 최대 260V, 선간 전압 최대 450V, 측정 전류 범위가 각 상전류 기준 최대 400A를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 에너지 분석 장치는 시간대별, 공정별 전력 소비 행태를 분석할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템은 상기 전력변환기를 제어함에 있어서, 공장에서 소비되는 최대전력 시간대에 사용되는 전력의 일정 부분을 ESS(Energy Storage System) 또는 신재생에너지원의 전력으로 사용함으로써 최대전력의 크기를 감소시키는 피크-커팅(peak-cutting) 방법으로 전력변환기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템은 공장에서 주로 소비되는 전력의 평균치를 구하고 이의 초과분을 ESS 또는 신재생에너지원의 전력으로 사용하는 부하전력 평균화 방법으로 전력변환기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템은 태양광, 풍력, 연료전지, ESS 중 적어도 어느 하나의 신재생에너지를 이용하거나, 공장 가동에 필수적인 대기전력을 제외한 대기전력을 최소화함으로써 에너지 절감을 수행하도록 상기 전력변환기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 통합 모니터링 장치는 상기 전력 측정 및 분석 장치에 의해 수집된 측정 및 분석 데이터를 수신하여 저장하고, 저장된 데이터를 바탕으로 미리 설정된 각종 지표를 연산하는 데이터 서버를 구비할 수 있다.
또한, 상기 통합 모니터링 장치는 각 모니터링 대상마다 이력관리 및 상태 모니터링을 수행하고, 데이터를 허용된 사용자 및 관리자에게 제공할 수 있다.
또한, 상기 통합 모니터링 장치는 전력 소비 현황을 일간, 주간, 월간 단위로 제공할 수 있다.
또한, 상기 통합 모니터링 장치는 피크 전력 감지, 대기 전력 감지와 같은 특정 이벤트를 감지하여 경보하는 서비스를 제공할 수 있다.
또한, 상기 통합 모니터링 장치는 모바일 단말기를 통해 상황을 파악할 수 있도록 하는 모바일 단말기용 모니터링 서비스를 제공할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 에너지 분석 장치에 의해 분석된 에너지 소비 행태 데이터를 이용하여 에너지 관리 시스템이 대상 시설의 소비 전력을 저감하고 최적의 에너지 절감을 수행하도록 내장 전력변환기를 제어함으로써, 산업시설 전력환경에 적합한 공장형 에너지 관리 시스템의 표준화 모델을 제시할 수 있고, 산업시설 에너지 저감 환경 기반을 조성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템의 전력 측정 및 분석 장치의 시제품을 나타낸 도면이다.
도 3은 전력 측정 및 분석 장치와 통합 모니터링 장치의 데이터 서버 간 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 전력 측정 및 분석 장치와 통합 모니터링 장치의 데이터 서버 간 데이터 통신 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
도 5 내지 도 10은 통합 모니터링 장치의 다양한 웹 기반 서비스를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템(100)은 전력 측정 및 분석 장치(110), 에너지 분석 장치(120), 에너지 관리 시스템(130), 통합 모니터링 장치(140)를 포함하여 구성된다.
전력 측정 및 분석 장치(110)는 공장이나 대형 건물에 설비되어 있는 수배전반에 설치되며, 전압 및 전류 센서에 의해 측정된 전압 및 전류 데이터를 제공받아, 그를 바탕으로 전력을 계산 및 분석한다. 여기서, 이와 같은 전력 측정 및 분석 장치(110)는 3상 4선식 기반으로 3상 3선식, 단상 측정이 가능한 확장형 모듈 형태로 구성될 수 있다. 또한, 이러한 전력 측정 및 분석 장치(110)는 측정 전압 범위가 각 상전압 기준 최대 260V, 선간 전압 최대 450V, 측정 전류 범위가 각 상전류 기준 최대 400A를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서, 이상과 같은 수치 범위는 하나의 실시예를 나타낸 것으로 반드시 이와 같은 값으로 한정되는 것은 아니며, 전력 측정 및 분석 장치(110)가 적용되는 대상이나 상황에 따라 얼마든지 다른 값으로 설계변경될 수 있다.
에너지 분석 장치(120)는 상기 전력 측정 및 분석 장치(110)에 의해 계산된 전력값 및 분석 데이터를 바탕으로 전력 소비 행태를 분석한다. 이와 같은 에너지 분석 장치(120)는 시간대별, 공정별 전력 소비 행태를 분석할 수 있도록 구성될 수 있다. 물론 더 나아가 일별, 주별, 월별 전력 소비 행태를 분석할 수 있도록 구성될 수도 있다.
에너지 관리 시스템(130)은 내부에 전력을 변환하기 위한 전력변환기(130a)가 설치되며, 상기 에너지 분석 장치(120)에 의해 분석된 에너지 소비 행태 데이터를 이용하여 대상 시설의 소비 전력을 저감하고 최적의 에너지 절감을 수행하도록 상기 전력변환기(130a)를 제어한다. 여기서, 이와 같은 에너지 관리 시스템(130)은상기 전력변환기(130a)를 제어함에 있어서, 공장에서 소비되는 최대전력 시간대에 사용되는 전력의 일정 부분을 ESS(Energy Storage System) 또는 신재생에너지원의 전력으로 사용함으로써 최대전력의 크기를 감소시키는 피크-커팅(peak-cutting) 방법으로 전력변환기(130a)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 오후 1시에서 3시 사이의 소비전력이 1000kWh일 때, ESS 및 신재생에너지원의 전력 200kWh를 공급함으로써, 실제 소비되는 전력의 최대점을 800kWh로 낮출 수 있는 것이다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템(130)은 공장에서 주로 소비되는 전력의 평균치를 구하고 이의 초과분을 ESS 또는 신재생에너지원의 전력으로 사용하는 부하전력 평균화 방법으로 전력변환기(130a)를 제어할 수 있다. 이는 예를 들면, 오전 8시에서 오후 6시 사이의 평균 소비전력이 300kWh일 때, ESS 및 신재생에너지원의 전력으로 300kWh를 초과하여 소비되는 구간에 전력을 공급하는 방식이다. 즉, 오후 1시에서 2시 사이에 500kWh를 소비할 때, 평균 소비전력 300kWh의 초과분 200kWh를 ESS 및 신재생에너지원의 전력으로 공급함으로써, 실제 소비되는 전력을 평균적으로 300kWh로 유지시키는 방식이다.
또한, 상기 에너지 관리 시스템(130)은 태양광, 풍력, 연료전지, ESS 중 적어도 어느 하나의 신재생에너지를 이용하거나, 공장 가동에 필수적인 대기전력을 제외한 대기전력을 최소화함으로써 에너지 절감을 수행하도록 상기 전력변환기 (130a)를 제어할 수 있다.
통합 모니터링 장치(140)는 상기 전력 측정 및 분석 장치(110), 에너지 분석 장치(120) 및 에너지 관리 시스템(130)과 인터넷을 통해 연결되며, 공장에서의 각 공정별 전력 현황, 각 분/배전반의 전력, 전압, 전류 및 이상 유무를 모니터링하여 실시간으로 화면에 표시한다. 이와 같은 통합 모니터링 장치(140)는 상기 전력 측정 및 분석 장치(110)에 의해 수집된 측정 및 분석 데이터를 수신하여 저장하고, 저장된 데이터를 바탕으로 미리 설정된 각종 지표를 연산하는 데이터 서버(140a)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 통합 모니터링 장치(140)는 각 모니터링 대상마다 이력관리 및 상태 모니터링을 수행하고, 데이터를 허용된 사용자 및 관리자에게 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 통합 모니터링 장치(140)는 전력 소비 현황을 일간, 주간, 월간 단위로 제공할 수 있다. 또한, 상기 통합 모니터링 장치(140)는 피크 전력 감지, 대기 전력 감지와 같은 특정 이벤트를 감지하여 경보하는 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 상기 통합 모니터링 장치(140)는 모바일 단말기(예를 들면, 스마트폰, 노트북 PC 등)를 통해 상황을 파악할 수 있도록 하는 모바일 단말기용 모니터링 서비스를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템의 전력 측정 및 분석 장치의 시제품을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 전력 측정 및 분석 장치(110)는 전술한 바와 같이, 3상 4선식 기반으로 3상 3선식, 단상 측정이 가능한 확장형 모듈 형태로 구성될 수 있고, 측정 전압 범위는 각 상전압 기준 최대 260V, 선간 전압 최대 450V, 측정 전류 범위는 각 상전류 기준 최대 400A를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 연산장치는 DSP(예를 들면, DSP320F28335), 통신장치는 RS232, RS485, 아두이노, WiFi 등을 구비할 수 있고, 디스플레이 장치로는 TFT LCD 3.5인치, 저장장치로는 SD 카드로 각각 구성될 수 있다.
도 3은 전력 측정 및 분석 장치와 통합 모니터링 장치의 데이터 서버 간 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, DSP 보드(301)는 위의 도 2에서 설명한 전력 측정 및 분석 장치(110)를 의미하며, 도 2에서의 전력 측정 및 분석 장치(110)에서 출력된 값은 RS232C 통신을 통해 아두이노(Arduino Mega2560 R3)(302)에 입력된다. 입력된 데이터는 저장장치(RTC-SD Card Module)(303)에 저장되고, 또한 이것은 디스플레이 장치(TFT LCD Module)(304)를 통해 외부에서 확인이 가능하다. 또한, WiFi(ESP8266 WiFi Module)(305)를 통해 매 1분(설정에 따라 30초, 1분, 5분, 10분 가능)마다 데이터를 통합 모니터링 장치(140)의 데이터 서버(140a)로 전송하게 된다. 도 3에서 참조번호 306은 실시간 카운터(Real Time Counter; RTC)를 나타낸다.
도 4는 전력 측정 및 분석 장치와 통합 모니터링 장치의 데이터 서버 간 데이터 통신 프로세스를 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 도 3의 통신 시스템에서 RS232, RS485, 아두이노, WiFi 등의 통신 수단들과 RTC, LCD, SD 등을 설정한 후, RTC(306)로부터 시간을 읽기 시작한다(단계 S401, S402).
이상에 의해 일정 시간이 흐른 후, 데이터 저장 시간인지를 판별하여(단계 S403), 데이터 저장 시간이면 DSP(301)에서 데이터를 읽고, SD 카드(303)에 데이터를 저장하며, LCD(304)에 데이터를 표시한다(단계 S404∼S406). 또한, 상기 단계 S403의 판별에서 데이터 저장 시간이 아니면, 후술하는 단계 S407로 진행한다.
이후, DSP(301)는 통합 모니터링 장치(140)의 데이터 서버(140a)로 데이터를 전송할 시간인지를 판별하여(단계 S407), 전송할 시간이면 데이터 서버(140a)로 데이터를 전송한다(단계 S408). 그리고 전송할 시간이 아니면, 상기 단계 S402로 귀환한다.
한편, 도 5 내지 도 10은 통합 모니터링 장치의 다양한 웹 기반 서비스를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 5를 참조하면. 이는 수용가(또는 사용자)에게 제공되는 웹 서비스의 메인 화면으로, 이를 통해 각 분전반의 실시간 전력사용량, 실시간 총 전력사용량, 시간에 따른 각 분전반의 전력사용량 추이, 그리고 에너지 절감 방안 등을 확인할 수 있다.
도 6은 각 분전반별 상세 실시간 모니터링 화면이고, 도 7은 통합형 전력 사용량 실시간 모니터링 화면으로서, 개별적으로 설치된 분전반의 파라미터(전압, 전류, 전력 등)를 실시간 모니터링으로 제공하며, 이를 통해 시간대별 파라미터 변화 추이를 확인할 수 있다.
도 8의 (A)는 시간대별 파라미터 통계(일별 차트)이고, (B)는 각 분전반별 데이터 상세 자료(일별 차트)이다. 이를 통해 하루 동안의 시간대별 파라미터 변화와 각 분전반 별로 상세한 상황을 확보할 수 있다.
도 9의 (A)는 일별 전력 사용 통계(월간 차트)이고, (B)는 월별 전력 사용 통계(년간 차트)이다. 이를 통해 1개월 동안의 각 날마다, 그리고 1년 동안 각 달마다 전력 사용 상태를 비교하여 알 수 있다.
도 10의 (A)는 통합형 일별 전력 사용 통계(월간 차트)이고, (B)는 통합형 월별 전력 사용 통계(년간 차트)이다. 이를 통해 분전반 전체에 대해 1개월 동안의 각 날마다, 그리고 1년 동안 각 달마다 전력 사용 상태를 비교하여 알 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템은 에너지 분석 장치에 의해 분석된 에너지 소비 행태 데이터를 이용하여 에너지 관리 시스템이 대상 시설의 소비 전력을 저감하고 최적의 에너지 절감을 수행하도록 내장 전력변환기를 제어함으로써, 산업시설 전력환경에 적합한 공장형 에너지 관리 시스템의 표준화 모델을 제시할 수 있고, 산업시설 에너지 저감 환경 기반을 조성할 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 공장이나 대형 건물에 설비되어 있는 수배전반에 설치되며, 전압 및 전류 센서에 의해 측정된 전압 및 전류 데이터를 제공받아, 그를 바탕으로 전력을 계산 및 분석하는 전력 측정 및 분석 장치와;
    상기 전력 측정 및 분석 장치에 의해 계산된 전력값 및 분석 데이터를 바탕으로 전력 소비 행태를 분석하는 에너지 분석 장치와;
    내부에는 전력을 변환하기 위한 전력변환기가 설치되며, 상기 에너지 분석 장치에 의해 분석된 에너지 소비 행태 데이터를 이용하여 대상 시설의 소비 전력을 저감하고 최적의 에너지 절감을 수행하도록 상기 전력변환기를 제어하는 에너지 관리 시스템; 및
    상기 전력 측정 및 분석 장치, 에너지 분석 장치 및 에너지 관리 시스템과 인터넷을 통해 연결되며, 공장에서의 각 공정별 전력 현황, 각 분/배전반의 전력, 전압, 전류 및 이상 유무를 모니터링하여 실시간으로 화면에 표시하는 통합 모니터링 장치를 포함하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 측정 및 분석 장치는 3상 4선식 기반으로 3상 3선식, 단상 측정이 가능한 확장형 모듈 형태로 구성된 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전력 측정 및 분석 장치는 측정 전압 범위가 각 상전압 기준 최대 260V, 선간 전압 최대 450V, 측정 전류 범위가 각 상전류 기준 최대 400A를 측정할 수 있도록 구성된 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 분석 장치는 시간대별, 공정별 전력 소비 행태를 분석할 수 있도록 구성된 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 관리 시스템은 상기 전력변환기를 제어함에 있어서, 공장에서 소비되는 최대전력 시간대에 사용되는 전력의 일정 부분을 ESS(Energy Storage System) 또는 신재생에너지원의 전력으로 사용함으로써 최대전력의 크기를 감소시키는 피크-커팅(peak-cutting) 방법으로 전력변환기를 제어하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 관리 시스템은 공장에서 주로 소비되는 전력의 평균치를 구하고 이의 초과분을 ESS 또는 신재생에너지원의 전력으로 사용하는 부하전력 평균화 방법으로 전력변환기를 제어하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 관리 시스템은 태양광, 풍력, 연료전지, ESS 중 적어도 어느 하나의 신재생에너지를 이용하거나, 공장 가동에 필수적인 대기전력을 제외한 대기전력을 최소화함으로써 에너지 절감을 수행하도록 상기 전력변환기를 제어하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통합 모니터링 장치는 상기 전력 측정 및 분석 장치에 의해 수집된 측정 및 분석 데이터를 수신하여 저장하고, 저장된 데이터를 바탕으로 미리 설정된 각종 지표를 연산하는 데이터 서버를 구비하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 통합 모니터링 장치는 각 모니터링 대상마다 이력관리 및 상태 모니터링을 수행하고, 데이터를 허용된 사용자 및 관리자에게 제공하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통합 모니터링 장치는 전력 소비 현황을 일간, 주간, 월간 단위로 제공하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 통합 모니터링 장치는 피크 전력 감지, 대기 전력 감지와 같은 특정 이벤트를 감지하여 경보하는 서비스를 제공하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 통합 모니터링 장치는 모바일 단말기를 통해 상황을 파악할 수 있도록 하는 모바일 단말기용 모니터링 서비스를 제공하는 생산에너지 저감을 위한 지능형 공장 에너지 관리 시스템.
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