KR100536516B1 - 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 중앙 감시 장치는 임의의 전력 품질 측정 장치로부터 전력선 통신 방법을 통해 하나 이상의 전력 품질 측정값을 수신하여 저장하는 단계; 상기 수신된 전력 품질 측정값과 상응하는 전원 라인에 대해 미리 설정된 전력 품질 기준 값과의 차이가 미리 설정된 허용 오차를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 허용 오차를 초과하는 경우 상응하는 에러 메시지를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 에러 메시지를 미리 저장된 수신처 정보를 이용하여 전송하는 단계를 실행한다. 따라서, 본 발명에 의해, 전력선 통신 방법을 이용하여 원격지에서 전력 계통에 유입되는 전력의 품질(예를 들어, 전력량, 전류, 전압, 역률, 주파수 등)을 실시간 감시할 수 있고, 또한 이를 통해 전력 품질 향상을 기할 수 있다.

Description

전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템{Method and system for monitoring power system using power line communication}

본 발명은 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 전력 품질의 실시간 감시를 통한 전력 품질 향상을 기할 수 있는 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템에 관한 것이다.

전력 계통 상태는 전력 계통을 충실히 표현할 수 있는 최소 개수의 정보의 집합으로 정의되며, 전력 계통 모델이 정확하다면 과거 및 현재의 입력 자료에 의하여 전력 계통을 완전히 표현할 수 있고, 미래의 계통 상태까지 유추할 수 있다. 그러나, 전력 계통의 모델링 뿐 아니라 상태 변수 측정이 용이하지 않아, 근사화한 방법의 하나로서 전력 계통 운용 함수(예를 들어, 전력, 무효 전력, 전압, 주파수 등)를 이용하여 전력 계통 상태를 평가하는 것이 일반적이다.

그러나, 종래에는 전력 계통 운용 함수를 추출하거나, 전력을 사용하는 부하 설비의 점검이나 진단시 육안 점검이나 경험 등의 근원적인 방법을 동원하는 점검하는 수준에 머물러 있었다. 그리고, 이상 징후가 발견되어야 비로소 유지 보수를 행하게 되며 또한 설비 상태를 점검하기 위하여 현장에 직접 가서 각종 계측 장비를 이용하여 일일이 점검하여야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전력선 통신 방법을 이용하여 원격지에서 전력 계통에 유입되는 전력의 품질(예를 들어, 전력량, 전류, 전압, 역률, 주파수 등)을 실시간 감시할 수 있고, 또한 이를 통해 전력 품질 향상을 기할 수 있는 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피더(Feeder), 수변전 설비(예를 들어, 변압기, 전동기 등)의 보호, 감시가 가능하여 안정적인 전력 공급을 가능하게 하는 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 누설 전류 측정 및 감시를 통한 안전 사고 및 전기 화재 방지를 기할 수 있는 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 순간전압강하(Sag)나 상승(Swell), 과도, 정전 또는 고조파에 의한 기기 손상이나 기기 교체를 위한 작업 중단 등에 의해 발생되는 비용 손실을 억제할 수 있는 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 계통에 사고가 발생한 경우 이메일이나 실시간 메시지 등을 이용하여 실시간으로 담당자에게 통지함으로써 신속한 대응 조치의 수행이 가능한 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하나 이상의 전원 라인에 각각 설치된 전력 품질 측정 장치와 전력선 통신 방법을 통해 결합된 중앙 감시 장치에서 각 전원 라인의 선로 오류 여부를 감시하는 방법에 있어서, 임의의 전력 품질 측정 장치로부터 전력선 통신 방법을 통해 하나 이상의 전력 품질 측정값을 수신하여 저장하는 단계-여기서, 상기 전력 품질 측정값은 고주파 교류 전압, 고주파 교류 전류, 유효 전력, 3상 전력, 역률, 제7차 고조파, 적산 전력량 중 적어도 어느 하나를 포함함-; 상기 수신된 전력 품질 측정값과 상응하는 전원 라인에 대해 미리 설정된 전력 품질 기준 값과의 차이가 미리 설정된 허용 오차를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 허용 오차를 초과하는 경우 상응하는 에러 메시지를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 에러 메시지를 미리 저장된 수신처 정보를 이용하여 전송하는 단계를 포함하되, 상기 수신처 정보는 전화번호, 이메일 주소, 인스턴트 메신저 아이디 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 에러 메시지는 상기 수신처 정보에 상응하도록 변환되어 전송되는 것을 특징으로 하는 전력 계통 감시 방법이 제공되고, 당해 전력 계통 감시 방법의 수행을 가능하게 하는 시스템, 장치 및 기록매체가 제공된다.

상기 전력 계통 감시 방법은 유선 또는 무선 통신망을 통해 결합된 관리자 단말기로부터 임의의 전원 라인에 상응하는 식별자를 포함하는 전력 품질 측정값 제공 요청을 수신하는 단계; 상기 식별자에 상응하여 미리 저장된 전력 품질 측정값을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 전력 품질 측정값을 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 관리자 단말기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전력 계통 감시 방법은 유선 또는 무선 통신망을 통해 결합된 관리자 단말기로부터 임의의 전원 라인에 상응하는 식별자를 포함하는 전력 품질 측정값 제공 요청을 수신하는 단계; 상기 식별자에 상응하는 전력 품질 측정 장치로 보고 요청을 전송하는 단계; 상기 전력 품질 측정 장치로부터 전력 품질 측정값을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 전력 품질 측정값을 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 관리자 단말기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 전력 품질 측정 장치는 복수의 전압 입력부 및 복수의 전류 입력부를 구비하고, 상기 각각의 전압 입력부 및 전류 입력부는 상기 전원 라인의 각 상에 결합되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 전압 입력부는 전압 입력 클립이고, 상기 전류 입력부는 클램프 센서인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전력선 통신 방법을 통해 중앙 감시 장치로 전력 품질 측정값을 전송하는 하나 이상의 전원 라인에 각각 설치된 전력 품질 측정 장치에 있어서, 전원 라인의 각 상에 결합된 전압 입력부 및 전류 입력부를 통해 전압 신호 및 전류 신호를 입력받아 원시 인식 정보를 생성하여 출력하는 원시 정보 인식부-여기서, 상기 원시 인식 정보는 상기 입력된 전압 신호 및 전류 신호 각각의 실효값에 상응하는 직류 전압 값으로 표시되는 전압 값 및 전류 값과 역률을 포함함-; 상기 원시 정보 인식부로부터 입력되는 상기 원시 인식 정보를 이용하여 전력 품질 판단 인자 값을 산출하는 연산 정보 산출부-여기서, 상기 전력 품질 판단 인자 값은 피상 전력, 유효 전력, 무효 전력, 3상 전력, 위상각, 전력량, 고조파의 주파수, 적산 전력량 중 적어도 어느 하나를 포함함-; 및 상기 원시 인식 정보, 상기 전력 품질 판단 인자 값 중 적어도 어느 하나를 전력선 통신 방식을 이용하여 상기 중앙 감시 장치로 전송하는 통신 모뎀을 포함하는 전력 품질 측정 장치가 제공되고, 당해 전력 품질 측정 장치를 이용한 전력 품질 측정값 생성을 위한 방법 및 기록매체가 제공된다.

상기 원시 정보 인식부는, 상기 전압 입력부를 통해 입력되는 전압 신호를 미리 지정된 배율로 감소된 고주파 교류 전압으로 변환하여 출력하는 변압부; 상기 변압부로부터 입력되는 고주파 교류 전압을 실효값의 직류 전압으로 변환하여 출력하는 제1 변환부; 상기 제1 변환부로부터 입력되는 직류 전압을 미리 설정된 증폭비에 의해 증폭하여 출력하는 제1 증폭부; 상기 전류 입력부를 통해 입력되는 전류 신호를 미리 지정된 배율로 감소된 고주파 교류 전류로 변환하여 출력하는 변류부; 상기 변류부로부터 입력되는 고주파 교류 전류를 실효값의 직류 전압 형태로 변환하여 출력하는 제2 변환부; 상기 제2 변환부로부터 입력되는 직류 전압 형태의 교류 전류를 미리 설정된 증폭비에 의해 증폭하여 출력하는 제2 증폭부; 상기 변압부로부터 입력되는 상기 고주파 교류 전압과 상기 변류부로부터 입력되는 상기 고주파 교류 전류간의 위상차를 이용하여 역률을 산출하고, 산출된 역률에 상응하는 직류 전압을 출력하는 역률 측정부; 및 상기 역률 측정부로부터 입력되는 직류 전압을 미리 설정된 증폭비에 의해 증폭하여 출력하는 제3 증폭부를 포함할 수 있다.

상기 연산 정보 산출부는, 상기 원시 정보 인식부로부터 입력되는 원시 인식 정보를 디지털 정보로 변환하는 A/D 컨버터; 및 상기 변환된 디지털 정보를 이용하여 상기 전력 품질 판단 인자 값을 산출하는 연산 처리부를 포함할 수 있다.

상기 연산 정보 산출부는, 상기 산출된 전력 품질 판단 인자 값을 저장하기 위한 메모리부를 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 품질 측정 장치와 전원 라인간의 결선 방법을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 전원 공급부(100)와 부하(200)는 전원 라인(power cable)을 통해 연결되며, 부하(200)단에 연결된 다양한 전기 기기는 전원 공급부(100)로부터 전원 라인을 통해 전달되는 전원을 이용하여 동작한다. 전원 공급부(100)와 부하(200)가 R상, S상, T상 및 N상으로 구성되는 3상 4선 결선 방식으로 결선된 경우가 도 1에 도시되어 있다. 이외에도, 전원 공급부(100)와 부하(200)는 단상 결선 방식, 3상 3선 결선 방식 등으로 연결될 수도 있다.

본 발명에 따른 전력 품질 측정 장치(130)는 전압 입력 클립(140a, 140b, 140c, 140d - 이하 140이라 칭함), 전류 클램프 센서(150a, 150b, 150c, 150d - 이하 150이라 칭함)를 이용하여 각 전원 라인과 연결된다. 전력 품질 측정 장치(130)는 전압 입력 클립(140)을 이용하여 전원 라인을 통해 전원 공급부(110)로부터 부하(120)로 흐르는 전압 값(예를 들어, 선간전압, 상전압)을 검출하고, 전류 클램프 센서(150)를 이용하여 전원 라인을 통해 부하(120)로 흐르는 전류값(예를 들어, 선전류, 누설전류 등)을 검출한다. 도 1은 전력 품질 측정 장치(130)가 전원 라인과 결합하기 위해 전압 입력 클립(140) 및 전류 클램프 센서(150)를 이용하는 경우를 가정하여 도시하였으나, 전압 신호 및 전류 신호를 입력받을 수 있는 수단이면 아무런 제한없이 동일하게 적용할 수 있음은 자명하다.

전력 품질 측정 장치(130)는 검출된 전압 값 및 전류값을 이용하여 전력 품질 측정 정보들(예를 들어, 유효 전력, 역률, 3상 전력 등)을 생성하여 전력선 통신(PLC : Power Line Communication) 방법을 이용하여 중앙 감시 장치(도시되지 않음)로 전송한다. 전력 품질 측정 장치(130)는 플러그(160)를 통해 동작 전원(예를 들어 교류 220V 전원)을 공급받아 동작할 수 있으며, 동작 전원을 공급받는 전원 라인을 통해 전력선 통신을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 전력 품질 측정 장치(130)는 전력 계통 감시를 위해 필요한 개소(예를 들어, 변압기 2차측, 전동기 전단 등)마다 설치될 수 있다.

이하, 관련 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 품질 측정 장치(130)의 구성 및 기능을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 품질 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원시 정보 인식부의 구성을 나타낸 블록 구성도이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 증폭부의 회로 구성도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연산 정보 산출부의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 품질 측정 장치(130)는 원시 정보 인식부(210), 연산 정보 산출부(220), 타임 클럭부(Time Clock, 230), 표시부(240), 키 입력부(250), 전원 공급부(260), PLC(Power Line Communication) 모뎀부(270)를 포함한다.

원시 정보 인식부(210)는 전압 입력 클립(140) 및 전류 클램프 센서(150)를 통해 입력되는 전압 신호 및 전류 신호를 이용하여 전압, 전류, 역률, 주파수 등을 측정하여 연산 정보 산출부(220)로 전달한다. 이때, 전압 신호 및 전류 신호에 포함되어 입력된 고조파 성분, 잡음 성분 등이 제거된다. 이하 도 3을 참조하여 원시 정보 인식부(210)의 구성을 설명한다.

도 3을 참조하면, 원시 정보 인식부(210)는 변압부(310), 제1 RMS/DC 변환부(315), 제1 증폭부(320), 변류부(325), 제2 RMS/DC 변환부(330), 제2 증폭부(335), 역률 측정부(340), 제3 증폭부(350), 주파수 검출부(355)를 포함한다.

변압부(310)는 전원 라인에 결합된 전압 입력 클립(140)으로부터 전압 신호(예를 들어, 교류 30 ~ 600V)를 입력받아 고주파 교류 전압으로 변환한다. 전압 검출시 주파수 대역을 확장하기 위한 방법으로 변압기(Transformer)보다는 고주파 특성(100㎑)을 가지는 저항(예를 들어 TAS112 저항)으로 구성된 저항 분압기를 채택함이 바람직하다. 변압부(310)는 상술한 저항 분압기를 포함하며, 저항 분압기에 의해 전압 신호는 미리 지정된 비율(예를 들어, 약 1/1000)로 감소된다. 또한, 감소된 고주파 교류 전압은 제1 RMS/DC 변환부(315)에 적합한 신호가 되도록 증폭 및 레인지(range) 변환 과정이 반복적으로 수행될 수 있다. 이때 레인지 변환 제어 신호는 연산 처리부(530 - 도 5 참조)로부터 전달될 수 있다.

제1 RMS/DC 변환부(315)는 변압부(310)에 의해 검출된 고주파 교류 전압을 단위 시간별로 적분하여 이를 주파수의 역수에 해당하는 주기로 나눈 값의 스퀘어(square)값을 취하여 고주파 전압에 대한 실효 전압에 상응하는 아날로그 직류 전압을 생성한다. 제1 RMS/DC 변환부(315)는 active rectifier, squarer/divider, current mirror, buffer amplifier를 원 칩형태로 모듈화하여 설계된 고주파 특성이 뛰어난 true RMS-to-DC Conversion Circuit(변환회로)를 이용하여 구성할 수 있다. 이와 같은 true RMS-to-DC Conversion Circuit(변환회로)을 적용하면 삼각파, 구형파 등의 입력파형에 제한없이 전압의 측정이 가능하다. 또한, 제1 RMS/DC 변환부(315)의 전단 또는 후단에 필터 회로를 구비함으로써 고주파 교류 전압에 포함된 고조파나 잡음 신호를 제거할 수 있다. 제1 RMS/DC 변환부(315)를 통해 구해지는 Vrms는 하기의 수학식 1에 의해 산출될 수 있다.

제1 증폭부(320)는 제1 RMS/DC 변환부(315)에 의해 변환된 직류 전압 형태의 전압값을 미리 지정된 증폭비에 의해 증폭한 후 연산 정보 산출부(220)로 입력한다. 도 4에 제1 증폭부(320)의 회로 구성이 예시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 증폭부(320)는 OP-Amp를 이용하여 비반전 Amp회로를 구성하여 출력 전압의 출력 레벨을 제어할 수 있다. 제1 증폭부(320)의 전압이득(Av )은 하기 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.

이때, 가변 저항(vR)의 값에 따라 전압이득이 달라지게 되어 출력 전압의 증폭도가 달라지게 된다. 이와 같이 제1 증폭부(320)에 의해 증폭된 직류 전압은 연산 정보 산출부(220)에 입력되어 디지털값으로 변환된다.

변류부(325)는 전원 라인에 결합된 전류 클램프 센서(150)로부터 전류 신호(예를 들어, AC 50mA ~ 10A)를 입력받아 고주파 교류 전류로 변환한다. 변류부(325)는 전류 검출시 외부전원과 내부 회로간의 절연을 유지하기 위해 CT(Current Transformer)를 사용할 수 있다. 이때, CT에 사용되는 Magnetic Allay Core의 주파수 특성 및 오차는 Core의 재질은 물론 두께에 비례함을 알 수 있다. 일반적으로 Allay 재질은 주파수 20㎑이 상에서는 오차 및 주파수 특성이 현저하게 악화되는 과포화상태가 발생하므로 20㎑ 이상의 주파수 대역 측정에는 자성체의 특성에 의존치 않고 폐쇄형 회로구성을 퉁 한 Zero Flux 개념을 도입하여 20㎑ 이상 160㎑까지의 높은 주파수 특성을 갖는 훼라이트와 퍼멀로이드계 재질을 합금한 Core를 사용하면 자성체의 자속밀도를 항상 "0" 상태를 유지하므로 우수한 내노이즈성, 0.1％급의 정밀도를 얻을 수 있기 때문이다. 이때, 고주파 교류 전류는 제2 RMS/DC 변환부(330)에 적합한 신호가 되도록 증폭 및 레인지(range) 변환 과정이 반복적으로 수행될 수 있다. 이때 레인지 변환 제어 신호는 연산 처리부(530 - 도 5 참조)로부터 전달될 수 있다.

제2 RMS/DC 변환부(330)는 고주파 교류 전류의 실효값에 상응하는 아날로그 직류 전압값을 생성한다. 제2 RMS/DC 변환부(330)는 제1 RMS/DC 변환부(315)와 동일한 내부 회로 구성을 가진다.

제2 증폭부(335)는 제2 RMS/DC 변환부(330)에 의해 변환된 직류 전류에 상응하는 전압값을 미리 지정된 증폭비로 증폭하여 연산 정보 산출부(220)로 입력한다.

역률 측정부(340)는 변압부(310)로부터 출력되는 고주파 교류 전압과 변류부(325)로부터 출력되는 고주파 교류 전류를 이용하여 두 값의 위상차를 이용하여 역률을 산출하고, 산출된 역률에 상응하는 아날로그 직류 전압값을 생성한다. 예를 들어, 역률이 0.9인 경우 역률 측정부(340)는 0.9V를 출력한다.

제3 증폭부(350)는 역률 측정부(340)로부터 출력된 아날로그 직류 전압값을 미리 지정된 증폭비로 증폭하여 연산 정보 산출부(220)로 입력한다.

주파수 검출부(355)는 변압부(310)로부터 출력되는 고주파 교류 전압이 일정 시간동안 교번하는 횟수를 이용하여 주파수를 검출한다. 이때 주파수 검출부(355)는 입력된 고주파 교류 전압을 미리 지정된 크기로 증폭하여 주파수를 검출할 수도 있다. 검출된 주파수는 상응하는 아날로그 직류 전압으로 변환되어 출력될 수 있다. 또한, 주파수 검출부(355)는 고주파 교류 전압을 증폭하여 구형파 전압 신호로 변환하여 연산 처리부(530)로 전달하면 연산 처리부(520)에서 주파수를 검출할 수도 있다. 또한, 주파수 검출부(355)는 고주파 교류 전압 대신 변류부(325)로부터 입력되는 고주파 교류 전류를 이용하여 주파수를 검출할 수도 있음은 자명하다. 물론, 주파수 검출부(355) 후단에 제4 증폭부(도시되지 않음)가 추가되어 주파수 검출부(355)에 의해 생성된 아날로그 직류 전압을 미리 지정된 증폭비로 증폭하여 연산 정보 산출부(220)로 입력할 수 있다.

연산 정보 산출부(220)는 원시 정보 인식부(210)로부터 입력되는 증폭된 원시 인식 정보(예를 들어, 고주파 교류 전압에 상응하는 아날로그 직류 전압(이후, 전압값이라 칭함), 고주파 교류 전류에 상응하는 아날로그 직류 전압(이하, 전류값이라 칭함), 역률에 상응하는 직류 전압(이하, 역률값이라 칭함), 주파수에 상응하는 직류 전압(이하, 주파수값이라 칭함) 등)를 이용하여 피상 전력, 유효 전력, 3상 전력 등을 산출하고, 산출된 각각의 값들을 전력선 통신 방법을 이용하여 중앙 감시 장치(도시되지 않음)로 전달한다. 이때 고주파 교류 전류에 상응하는 직류 전압의 형태로 입력되나 내부 연산시에는 전류 형태로 인식된다. 이하 도 5를 참조하여 연산 정보 산출부(220)의 구성을 설명한다.

도 5를 참조하면, 연산 정보 산출부(220)는 A/D 변환부(510), 연산 처리부(520), 메모리부(530)를 포함한다.

A/D 변환부(510)는 제1 증폭부(320), 제2 증폭부(335), 제3 증폭부(350)로부터 입력되는 아날로그 형태의 전압 값, 전류값, 역률값을 디지털 형태로 변환하여 연산 처리부(520)로 전달한다. 주파수 검출부(355)에서도 검출된 주파수에 상응하는 아날로그 주파수값이 출력되는 경우에는 주파수 검출부(355)의 출력은 A/D 변환부(510)에 의해 디지털 주파수값으로 변환되어 연산 처리부(520)로 입력된다.

연산 처리부(520)는 A/D 변환부(510)로부터 입력되는 디지털 형태의 전압 값, 전류값, 역률값, 주파수값을 이용하여 전력 품질 판단 인자 값(예를 들어, 피상 전력, 유효 전력, 무효 전력, 3상 전력, 위상각, 전력량, 고조파의 주파수, 적산 전력량 등)값을 산출한다. 또한 연산 처리부(520)는 A/D 변환부(510)로부터 입력되는 원시 인식 정보들 중 임의의 원시 인식 정보가 연산 처리부(520)에서 처리 가능한 범위를 초과하는 값인 경우 상응하는 증폭부(320, 335 또는 350)로 증폭비 변경 제어 신호를 전달하여 변경된 증폭비에 의해 증폭된 원시 인식 정보가 입력되도록 한다. 또한 연산 처리부(520)는 A/D 변환부(510)로부터 입력되는 원시 인식 정보를 미리 지정된 방법을 이용하여 고주파 교류 성분을 가지는 전압 또는 전류로 환원하여 전력 품질 판단 인자값에 포함되도록 할 수도 있다. 또한 연산 처리부(520)는 본 발명에 따른 전력 품질 측정 장치(130)가 전력 품질 측정값(즉, 원시 인식 정보, 전력 품질 판단 인자 값)을 생성하고, 생성된 전력 품질 측정값을 미리 지정된 주기 또는 중앙 감시 장치로부터의 보고 요청에 상응하여 전력 품질 측정 장치(130)로 해당 정보를 전송할 수 있도록 전력 품질 측정 장치(130) 내의 각 구성 요소를 제어하는 기능을 더 수행할 수 있다. 물론, 각 구성 요소의 기능 제어를 위한 별도의 제어부가 구비될 수도 있음은 자명하다.

연산 처리부(520)는 전력 품질 측정을 위해 미리 지정된 공식을 이용하여 상술한 다양한 전력 품질 판단 인자값들을 산출할 수 있으며, 각각의 인자 값을 산출하기 위한 산출 공식은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 다만, 연산 처리부(520)에서 몇 가지 전력 품질 판단 인자값들을 산출하기 위해 이용할 수 있는 공식을 예를 들어 설명하면 하기와 같다.

상술한 수학식 3에서 보여지는 바와 같이, 전압값과 전류값의 곱은 피상 전력이 되며, 산출된 피상 전력에 역률을 곱함으로써 유효전력을 산출할 수 있다. 유사한 방법으로 무효 전력도 산출할 수 있음은 자명하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

또한, 역률값과 아크(arc)라는 함수를 이용하면 위상각을 산출할 수 있다.

또한, 연산 처리부는 하기 수학식 4를 이용하여 3상 전력을 산출할 수 있다.

또한, 연산 처리부(520)는 하기 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 고조파의 주파수 및 비율값을 산출할 수 있다.

상술한 수학식 5에서 k는 수집한 데이터 중 가장 큰 값의 순서를 나타내는 수이고, N은 수집한 데이터 수를 의미하며, Ts는 데이터 수집 주기를 나타낸다. 예를 들어, 1차 고조파는 수집한 데이터 중 가장 큰 값의 순서 번호에 해당하는 주파수이다.

메모리부(530)는 본 발명에 따른 전력 품질 측정 장치(130)의 운용 프로그램, 원시 정보 인식부(210)를 제어하기 위한 제어 프로그램, 원시 정보 인식부(210)로부터 입력되는 원시 인식 정보, 연산 처리부(520)에 의해 산출된 전력 품질 판단 인자 값, 산출된 전력 품질 측정값(즉, 원시 인식 정보, 전력 품질 판단 인자 값 등)을 전력선 통신 방법을 통해 중앙 감시 장치로 전송하기 위한 조건 정보 등을 저장한다.

타임 클럭부(230)는 본 발명에 따른 전력 품질 측정 장치(130)가 적산 전력량계로 동작(즉, 연산 처리부(520)가 적산 전력량을 산출)할 때 기준 시간(예를 들어, 초, 분, 시간, 날짜 등)을 제공하는 기능을 수행한다. 전력 품질 측정 장치(130)는 적산 전력량을 산출하기 위하여 1시간 모드(mode), 24시간 모드, 1개월 모드 등의 다양한 모드가 적용될 수 있다.

표시부(240)는 연산 처리부(520)에 의해 산출된 또는 원시 정보 인식부(210)에 의해 인식된 전압, 전류, 전력, 전력량, 역률, 주파수, 전류 전압 파형 등을 표시하는 수단이다. 또한, 표시부(240)는 사용자가 키 입력부(250)를 통해 입력한 명령에 상응하는 동작 결과도 표시할 수 있다.

키 입력부(250)는 복수의 키 버튼을 포함하여 구성되며, 사용자로부터 임의의 명령을 입력받기 위한 수단이다. 키 입력부(250)는 전압 값, 전류값 등을 표시하도록 하기 위한 노멀 모드(normal mode) 버튼, 고주파 교류 성분을 가지는 전압 및 전류의 파형을 표시하도록 하기 위한 웨이브 모드(wave mode) 버튼, 고조파 성분을 표시하도록 하기 위한 FFT(Fast Fourier Transform) 모드 버튼, 측정 시간 등을 저장하기 위한 저장 버튼 등을 포함할 수 있다.

전원 공급부(260)는 전력 품질 측정 장치(130)의 구동 전원을 공급받는 수단으로, PLC 모뎀부(270)로부터 전달되는 데이터가 전력선을 통해 중앙 감시 장치로 전달되도록 한다.

PLC 모뎀부(270)는 전력을 공급하는 전력선을 매개체로 하여 데이터를 고주파 신호에 실어 통신할 수 있도록 데이터 변조 등을 수행한다. PLC 모뎀부(270)는 전원 공급부(260)의 일 구성 요소일 수 있다. PLC 모뎀부(270)의 기능 및 구성은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 품질 측정 장치의 전력 품질 측정값 생성 과정을 나타낸 순서도이다.

도 6을 참조하면, 단계 610에서 전력 품질 측정 장치(130)의 원시 정보 인식부(210)는 전원 라인의 각 상에 개별적으로 결합된 전압 입력 클립(140) 및 전류 클램프 센서(150)를 통해 입력되는 고주파 교류 전압 신호 및 고주파 교류 전류 신호를 입력받는다.

단계 620에서 전력 품질 측정 장치(130)의 원시 정보 인식부(210)는 입력된 고주파 교류 전압 신호 및 고주파 교류 전류 신호를 이용하여 원시 인식 정보(예를 들어, 전압 값, 전류값, 역률값, 주파수값 등)를 산출한다. 전력 품질 측정 장치(130)는 원시 인식 정보를 산출하기 위해 입력된 고주파 교류 전압 신호 등에 포함된 잡음 신호 등을 제거하는 단계와 생성된 원시 인식 정보를 각각의 증폭비에 따라 증폭하는 단계를 더 수행할 수 있다.

단계 630에서 전력 품질 측정 장치(130)의 연산 정보 산출부(220)는 원시 정보 인식부(210)로부터 입력된 원시 인식 정보를 디지털 신호로 변환한 후 변환된 디지털 신호를 이용하여 전력 품질 판단 인자 값(예를 들어, 피상 전력, 유효 전력, 무효 전력, 3상 전력, 위상각, 전력량, 고조파의 주파수, 적산 전력량 등)값을 산출한다.

이후 연산 정보 산출부(220)는 산출된 전력 품질 측정값(즉, 원시 인식 정보 및 전력 품질 판단 인자 값)을 메모리부(530)에 저장한다(단계 640).

단계 650에서 전력 품질 측정 장치(130)의 연산 처리부(520)는 저장된 전력 품질 측정값의 전송 시점인지 여부를 판단한다. 저장된 전력 품질 측정값의 전송 시점이 아닌 경우에는 단계 610으로 다시 진행하여 실시간 또는 미리 지정된 주기마다 전력 품질 측정값의 생성 및 저장을 반복한다.

그러나, 미리 지정된 전력 품질 측정값의 전송 시점인 경우에는 단계 660으로 진행하여 저장된 전력 품질 측정값들을 전력선 통신 방법(PLC)을 이용하여 중앙 감시 장치로 전송한다. 중앙 감시 장치로 전력 품질 측정값들이 전송될 때 해당 전력 품질 측정 장치(130)의 고유 정보(예를 들어, 식별 정보)를 함께 전송함으로써 중앙 감시 장치에서 현재 수신된 전력 품질 측정값들이 어떤 전력 품질 측정 장치(130)로부터 수신된 것인지를 인식할 수 있도록 한다.

상술한 과정을 통해 중앙 감시 장치는 원격지에서 각 전원 라인의 상태를 확인할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중앙 감시 장치의 전력 품질 측정값 수신 및 이용 과정을 나타낸 순서도이다.

도 7을 참조하면, 중앙 감시 장치는 임의의 전원 라인에 상응하도록 설치된 전력 품질 측정 장치(130)로부터 전력 품질 측정값들을 수신한다.

중앙 감시 장치는 수신된 전력 품질 측정값들과 해당 전원 라인에 상응하여 미리 저장된 전력 품질 기준값간의 차이가 미리 설정된 오차 범위를 초과하는지 여부를 이용하여 선로 오류(예를 들어, 단락, 오픈 등)가 발생했는지 여부를 판단한다.

선로 오류가 발생한 것으로 판단되면, 중앙 감시 장치는 단계 730에서 미리 설정된 에러 메시지(예를 들어, A-3 지역 제3 선로에 오류가 발생하였습니다)를 생성 또는 추출하고, 단계 740으로 진행하여 생성된 오류 메시지를 미리 설정된 수신처로 전송한다. 오류 메시지는 선로 오류의 종류에 따라 각각 구분되도록 설정될 수도 있다. 또한 오류 메시지는 수신처의 유형에 상응하도록 변환되어 전송될 수 있다. 예를 들어, 수신처가 현장에 근무하는 관리자의 휴대폰인 경우 중앙 감시 장치는 당해 오류 메시지를 단문 메시지 형태로 변환하여 전송할 수 있다. 또한, 수신처가 미리 설정된 관리자의 인스턴트 메신저 아이디인 경우 해당 관리자에게 인스턴트 메시지를 전송할 수도 있다. 이외에도 수신처의 유형에 따라 상응하는 형태의 오류 메시지가 전송될 수 있음은 자명하다. 현장에 위치하거나 근무 장소를 이탈한 관리자는 상술한 오류 메시지에 의해 선로 오류를 신속하게 인식할 수 있고, 또한 신속한 대처가 가능하게 된다.

그러나, 단계 720의 판단 결과로 선로 오류가 발생하지 않은 것으로 인식되면 단계 750으로 즉시 진행한다.

중앙 감시 장치는 단계 750에서 임의의 관리자 단말기로부터 정보 제공 요청이 수신되는지 여부를 판단한다. 중앙 감시 장치는 웹 서버의 형태로 구현될 수 있으며, 관리자 단말기는 유무선 통신 방법을 통해 중앙 감시 장치에 접속할 수 있다. 정보 제공 요청 내에는 전원 라인 등을 식별할 수 있도록 하는 식별 정보가 함께 부가될 수 있다. 관리자 단말기는 퍼스널 컴퓨터, 이동 통신 단말기, 개인 휴대 단말기(PDA : Personal Digital Assistant) 등과 같이 통신 기능을 구비한 사용자 장치로서 유선 또는 무선 통신망을 통해 중앙 감시 장치에 접속할 수 있는 장치이면 아무런 제한없이 동일하게 적용될 수 있다.

정보 제공 요청이 수신된 경우 중앙 감시 장치는 단계 760에서 정보 제공 요청에 포함된 식별 정보에 상응하여 저장된 전력 품질 측정값들을 추출하고, 단계 770으로 진행하여 유무선 통신망을 통해 추출된 전력 품질 측정값들을 관리자 단말기로 전송한다.

그러나, 정보 제공 요청이 수신되지 않은 경우에는 단계 710으로 다시 진행한다.

도 7에는 도시되지 않았으나, 중앙 감시 장치는 미리 지정된 시점마다 또는 관리자 단말기로부터 임의의 전원 라인에 대한 전력 품질 측정값 수신 요청이 수신될 때마다 해당 전력 품질 측정 장치(130)로 전력 품질 측정값 수신을 위한 보고 요청을 전송할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전력선 통신 방법을 이용한 전력 계통 감시 방법 및 시스템은 전력선 통신 방법을 이용하여 원격지에서 전력 계통에 유입되는 전력의 품질(예를 들어, 전력량, 전류, 전압, 역률, 주파수 등)을 실시간 감시할 수 있고, 또한 이를 통해 전력 품질 향상을 기할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 피더(Feeder), 수변전 설비(예를 들어, 변압기, 전동기 등)의 보호, 감시가 가능하여 안정적인 전력 공급을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 누설 전류 측정 및 감시를 통한 안전 사고 및 전기 화재 방지를 기할 수 있다.

또한, 본 발명은 순간전압강하(Sag)나 상승(Swell), 과도, 정전 또는 고조파에 의한 기기 손상이나 기기 교체를 위한 작업 중단 등에 의해 발생되는 비용 손실을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 전력 계통에 사고가 발생한 경우 이메일이나 실시간 메시지 등을 이용하여 실시간으로 담당자에게 통지함으로써 신속한 대응 조치의 수행이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 품질 측정 장치와 전원 라인간의 결선 방법을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 품질 측정 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 원시 정보 인식부의 구성을 나타낸 블록 구성도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 증폭부의 회로 구성도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 연산 정보 산출부의 구성을 나타낸 블록 구성도.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 품질 측정 장치의 전력 품질 측정값 생성 과정을 나타낸 순서도.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중앙 감시 장치의 전력 품질 측정값 수신 및 이용 과정을 나타낸 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 전원 공급부 120 : 부하(load)

130 : 전력 품질 측정 장치 140 : 전압 입력 클립

150 : 전류 클램프 센서 210 : 원시 정보 인식부

220 : 연산 정보 산출부 230 : 타임 클럭부(Time Clock)

240 : 표시부 250 : 키 입력부

260 : 전원 공급부 270 : PLC 모뎀부

310 : 변압부 315 : 제1 RMS/DC 변환부

320 : 제1 증폭부 325 : 변류부

330 : 제2 RMS/DC 변환부 335 : 제2 증폭부

340 : 역률 측정부 350 : 제3 증폭부

355 : 주파수 검출부 510 : A/D 변환부

520 : 연산 처리부 530 : 메모리부

Claims (15)

1. 하나 이상의 전원 라인에 각각 설치된 전력 품질 측정 장치와 전력선 통신 방법을 통해 결합된 중앙 감시 장치에서 각 전원 라인의 선로 오류 여부를 감시하는 방법에 있어서,

   복수의 전압 입력부 및 복수의 전류 입력부를 구비하고, 상기 각각의 전압 입력부 및 전류 입력부는 상기 전원 라인의 각 상에 결합된 임의의 전력 품질 측정 장치로부터 전력선 통신 방법을 통해 하나 이상의 전력 품질 측정값을 수신하여 저장하는 단계-여기서, 상기 전력 품질 측정값은 고주파 교류 전압, 고주파 교류 전류, 유효 전력, 3상 전력, 역률, 제7차 고조파, 적산 전력량 중 적어도 어느 하나를 포함함-;

   상기 수신된 전력 품질 측정값과 상응하는 전원 라인에 대해 미리 설정된 전력 품질 기준 값과의 차이가 미리 설정된 허용 오차를 초과하는지 여부를 판단하는 단계;

   상기 허용 오차를 초과하는 경우 상응하는 에러 메시지를 생성하는 단계; 및

   상기 생성된 에러 메시지를 미리 저장된 수신처 정보를 이용하여 전송하는 단계를 포함하되,

   상기 수신처 정보는 전화번호, 이메일 주소, 인스턴트 메신저 아이디 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 에러 메시지는 상기 수신처 정보에 상응하도록 변환되어 전송되는 것을 특징으로 하는 전력 계통 감시 방법.
2. 제1항에 있어서,

   유선 또는 무선 통신망을 통해 결합된 관리자 단말기로부터 임의의 전원 라인에 상응하는 식별자를 포함하는 전력 품질 측정값 제공 요청을 수신하는 단계;

   상기 식별자에 상응하여 미리 저장된 전력 품질 측정값을 추출하는 단계; 및

   상기 추출된 전력 품질 측정값을 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 관리자 단말기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통 감시 방법.
3. 제1항에 있어서,

   유선 또는 무선 통신망을 통해 결합된 관리자 단말기로부터 임의의 전원 라인에 상응하는 식별자를 포함하는 전력 품질 측정값 제공 요청을 수신하는 단계;

   상기 식별자에 상응하는 전력 품질 측정 장치로 보고 요청을 전송하는 단계;

   상기 전력 품질 측정 장치로부터 전력 품질 측정값을 수신하는 단계; 및

   상기 수신된 전력 품질 측정값을 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 관리자 단말기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 계통 감시 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 전압 입력부는 전압 입력 클립이고, 상기 전류 입력부는 클램프 센서인 것을 특징으로 하는 전력 계통 감시 방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제