KR100637627B1

KR100637627B1 - 변압기 부하관리와 검침을 통합 수행하는 원격관리시스템

Info

Publication number: KR100637627B1
Application number: KR1020050067616A
Authority: KR
Inventors: 김미현
Original assignee: 김재천; 김재석
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2006-10-23

Abstract

변압기의 2차 선에 별도의 전류검출장치(CT, Current Transformer)를 설치하지 아니하고도 변압기의 2차선에 있는 집중기(에어리어컨트롤러, 섹트컨트롤러)에서 각 상별로 가입된 수용가 전력량계의 검침데이터를 전력선통신(PLC)에 의하여 정해진 시간마다(15분마다) 수집 합산하여 변압기의 부하전류데이터를 생성하고,

이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간 갱신(RTC, Real Time Clock)기능을 이용하여 모든 변압기의 2차선에 있는 집중기(에어리어컨트롤러, 섹트컨트롤러)와 수용가 전력량계의 시계를 실시간으로 갱신 유지함으로 써

변압기의 부하데이터와, 수용가의 전력량계의 검침데이터를 실시간으로 정확하게 수집한다.

변압기 부하관리, 원격 검침, PLC, RTC 갱신, 전류검출장치(CT, Current Transformer)

Description

변압기 부하관리와 검침을 통합 수행하는 원격관리시스템{Both transformer power load monitoring and watt meter reading remote control system}

도 1은 본 발명의 전체 시스템 구성도

도 2는 본 발명의 상호 통신 방식을 도시한 도면

도 3은 본 발명에 적용되는 에어리어 컨트롤러의 내부 블록 구성도

도 4는 본 발명에 적용되는 섹트 컨트롤러의 내부 블록 구성도

도 5는 본 발명에 적용되는 수용가 모뎀의 내부 블록 구성도

도 6은 본 발명에 적용되는 프로토콜의 데이터 포맷 구성도

도 7은 본 발명에 적용되는 부하 전류 데이터 생성 흐름도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 검침센터 102 : 이동통신 사업망

103 : 에어리어 컨트롤러 104 : 섹트 컨트롤러

105 : 수용가 모뎀 201,202 : 이동통신

203 : 근거리 무선통신 204 : PLC 통신

300,400,500 : 마이크로컨트롤러 301 : 이동통신모듈

302,401 : 근거리나 무선통신모듈 303,403,503 : 전원부

304,404,504 : 메모리 305,405,505 : 시계 제어

306,406 : 전압검출부 309,402,501 : PLC 통신모듈

502 : 계량기 사용량 체크 506 : 정전 체크

본 발명은 변압기의 2차선에 별도의 전류검출장치(CT, Current Transformer)를 설치하지 아니하고도 변압기의 2차선에 있는 집중기(에어리어컨트롤러, 섹트컨트롤러)에서 전력선통신(PLC)에 의하여 각 상별로 가입된 수용가 전력량계의 검침데이터를 정해진 시간마다(15분마다) 수집 합산하여 변압기의 부하전류데이터를 생성하고, 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간 갱신(RTC, Real Time Clock)기능을 이용하여 모든 변압기의 2차선에 있는 집중기(에어리어컨트롤러, 섹트컨트롤러)와 수용가 전력량계의 시계를 실시간으로 갱신 유지토록 하여 전류검출장치(CT, Current Transformer) 없이도 변압기의 부하데이터를 측정하고 변압기의 부하데이터와 수용가 전력량계의 검침데이터를 실시간으로 정확하게 수집할 수 있도록 하는 원격관리시스템으로서,

변압기와 수용가 전력량계간의 통신은 반드시 PLC로 하고 변압기와 전력회사의 검침센터와의 통신은 이동통신과 무선을 결합한 네트워크로 함이 바람직하다.

변압기의 부하감시를 위한 종래의 기술로는 "변압기부하 무선 송신시스템"(공개 10-2000-0049416)과 "주상변압기의 소출력 무선모뎀을 이용한 통합 과부하 감시시스템"(등록 20-0264707)에서 변압기의 2차 선에 부하전류검출장치를 두고 부하데이터를 수집하고 있으며, 본 출원인의 등록 발명인의 변압기와 수용가 전력량계간 PLC에 의하여 데이터를 송수신하는 "변압기의 부하감시와 전력량계의 검침을 통합 수행하는 원격관리시스템"(공개 10-2003-0029381)과 "수도 가스의 검침, 방재와 보안정보를 통합처리하는 에스아이유를 내장한 전력량계"(공개 10-2003-0075263) 역시 변압기의 2차 선로에 전류검출장치를 두어 부하데이터를 수집하고 있는 등 공개된 모든 변압기 및 배전선로의 부하감시시스템들은 변압기의 2차 선로에 전류검출장치를 따로 구성하고 있다.

상기한 종래의 기술은 검침인력의 절감, 오검침 또는 미검침에 따르는 민원을 사전에 차단하면서 과학적으로 전기의 품질을 관리할 수 있는 장점은 있지만 변압기의 2차 선로에 고가(高價)인 전류검출장치를 별도로 구성함으로서 원격관리시스템의 구축비용이 많이 드는데다 장치가 복잡하여지는 문제점이 있었다.

전력회사가 사용하는 모든 전자식전력량계에는 시계기능이 들어 있고 고압전자식전력량계와 용량이 큰 저압전자식전력량계에는 수요전력계(Demand Meter)기능이 부가되어 있으며 부착된 전력량계의 시계는 시간의 흐름에 따라 오류가 발생하여 수용가의 전력량계의 피크타임(Peak Time)과 심야전력량계의 상시부하데이터와 심야부하데이터도 실시간으로 정확하게 검침이 되지 않고 있는 실정이다.

본 출원인의 등록 발명한 "변압기의 부하감시와 전력량계의 검침을 통합 수행하는 원격관리시스템"을 개선 발명인 전술한 통합기능의 원격관리시스템을 적용함에 있어서, 변압기의 2차 선에 있던 전류검출장치를 생략하고 DC전원출력부, 운영프로그램을 내장한 마이크로컨트롤러, PLC모뎀과 S-RAM메모리 등으로 에어리어컨트롤러 또는 섹트컨트롤러를 구성하는 대신 에어리어컨트롤러 섹트컨트롤러는 수용가 전력량계의 검침데이터를 반드시 PLC통신에 의하여 수집하여야 하며 RF 등 PLC 이외의 방법으로 수용가 전력량계의 검침데이터를 수집할 경우에는 수용가의 전력량계가 어느 변압기의 2차 선로에 가입되었는지 인식할 수 없으므로 별도의 전류검출장치가 없이는 ABC 상별 부하데이터를 수집할 수 없다.

또 변압기의 부하관리와 전력량계의 검침데이터를 정확하고 효과적으로 수집하기 위하여 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간 갱신(RTC, Real Time Clock)기능을 이용 모든 변압기와 수용가 전력량계의 시계를 실시간으로 갱신 유지하는 것이 필요하다.

본 발명은 전술한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,

별도의 전류검출장치 없이도 변압기의 전류부하데이터를 검출할 수 있도록 변압기 2차선의 집중기와 수용가 전력량계간의 네트워크는 반드시 PLC통신으로 하 고 변압기와 전력회사의 검침센터와는 가능한 한 이동 통신과 무선을 조합한 네트워크로 구성하며 이동통신에서 송신하는 실시간 갱신(RTC)기능으로 변압기 2차선의 집중기와 전력량계의 시계를 실시간으로 갱신 유지토록 하여 변압기의 부하전류데이터, 수용가의 전력량계의 피크타임(Peak Time), 심야전력량계의 상시부하데이터와 심야부하데이터를 실시간으로 정확하게 수집하는 변압기의 부하관리와 전력량계의 검침을 통합 수행하는 원격관리시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 구성 및 작용을 CDMA+RF+PLC에 의한 네트워크를 기준으로 하여 상술하면 다음과 같으며 구성 및 작용을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구체적인 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 주상변압기 2차 선에 DC전원으로 출력한 전원부(301), 전압검출부(306), 이동통신모뎀(301), RF모뎀(302), PLC모뎀(309), 운용프로그램을 내장한 1개의 마이크로컨트롤러(300)로 이동통신, RF와 PLC를 인터페이스하여 운용할 수 있는 장치로서 변압기의 부하데이터와 그 변압기로부터 전력을 공급받는 수용가 전력량계의 검침데이터를 수집하는 소기지국인 에어리어컨트롤러(103)를 설치하여 검침센터(101)와 이동통신(202)에 의하여 데이터 통신하고 에어리어컨트롤러(103)와 인접한 주상변압기들의 2차 선에 DC전원으로 출력한 전원부(403), 전압검출부(406), RF모뎀(401), PLC모뎀(402)과 운용프로그램을 내장한 1개의 마이크로컨트롤러(400)로 RF(203)와 PLC(204)를 인터페이스하여 운용할 수 있는 장치를 한 섹트컨트롤러(400)를 설치하여 에어리어컨트롤러와(103)는 RF(에 의하여 데이터통신을 하며, 그 변압기들로부터 전력을 공급받는 수용가 전력량계와는 PLC에 의하여 데이터 통신하여 검침데이터를 수집하고 수용가 전력량계로부터 정해진 시간마다(15분마다) 검침데이터를 수집 합산한 데이터를 변압기의 부하전류데이터로 활용함으로써 변압기 2차 선에 별도의 전류검출장치(CT)를 설치하지 아니하고도 변압기 2차 선의 부하전류를 측정할 수 있게 하는 구성이다.

또 최근에는 용량이 큰 저압전자식전력량계까지 수요전력계(Demand Meter)기능이 부가되고 있으므로 수요전력계(Demand Meter)기능이 부가된 전력량계는 정해진 시간마다(15분마다) 검침데이터를 수집 합산하지 아니하고도 필요 시 해당 변압기로부터 전력을 공급받는 전력량계에 부가된 수요전력계(Demand Meter)의 기록을 합산하여 변압기의 전류부하데이터로 활용하면 더욱 효과적일 수 있다.

도 1의 시스템 구성과 도 2의 통신방식을 상호 참조하여 설명하면,

동일 변압기로부터 전력을 공급받는 수용가들의 전력량계에 PLC(Power Line Communication)모뎀(105)을 부착하여 변압기에 부착된 에어리어컨트롤러(103) 또는 섹트컨트롤러(104)가 PLC통신방법(204)으로 송수신하여 수용가 전력량계의 검침데이터를 수집하고 섹트컨트롤러(104)는 변압기의 부하데이터와 함께 수용가 전력량 계의 검침데이터를 에어리어컨트롤러(103)에 송신한다.

에어리어컨트롤러(103)는 검침센터(101)의 정보요구에 따라 저장된 변압기부하데이터와 검침데이터를 이동통신망(202)에 의하여 송수신한다.

도 3은 기지국의 에어리어컨트롤러(103)의 구성으로 장치운용프로그램이 내장된 마이크컨트롤러(300)는 변압기 2차선에서 출력하여 DC전력으로 정류한 전원부(303)로부터 동작에 필요한 DC전원을 공급받으면서 검침센터(101)와 이동통신모뎀(305)을 통하여 송수신하며 섹트컨트롤러(104)와는 RF(203)에 의하여 송수신한다.

이때의 정보는 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간 갱신(RTC)입력이 포함되며 내장된 시계를 실시간으로 갱신하고 자체 변압기의 부하데이터와 섹트컨트롤러의 변압기의 동일한 정보와 함께 데이터 기억장치인 S-RAM메모리(404)에 일시 저장하고 전압 전류 등에 이상이 발생하면 즉시 검침센터(101)에 통보한다.

변압기의 2차 선에 부착된 에어리어컨트롤러(103) 또는 섹트컨트롤러(104)는 동일 변압기로부터 전력을 공급받는 수용가들의 전력량계의 PLC모뎀(501)과 PLC통신(204)에 의하여 수집한 수용가 전력량계의 검침데이터와 정해진 시간마다(15분마다) 수용가 전력량계로부터 검침데이터를 수집 합산하여 생성한 부하전류데이터와 변압기의 2차선에서 측정한 부하전압데이터로 구성된 변압기의 부하데이터를 데이터의 기억장치인 S-RAM(304)(404)에 저장하고, 섹트컨트롤러(104)는 변압기의 부하 데이터와 함께 수용가의 전력량계의 검침데이터를 에어리어컨트롤러(103)에 송신한다.

에어리어컨트롤러(103)는 검침센터(101)의 정보요구에 따라 저장된 변압기의 부하데이터와 수용가의 전력사용량 검침데이터를 이동통신망(202)을 통하여 송수신한다.

에어리어컨트롤러(103)의 장치운용프로그램이 내장된 마이크로컨트롤러(300)는 변압기 2차선에서 출력하여 DC전원으로 정류한 전원부(303)로부터 동작에 필요한 전원을 공급받으면서 검침센터(101)에서 보내오는 정보를 이동통신모뎀(301)을 통하여 수신하여 섹트컨트롤러(104)에 RF모뎀(302)을 통하여 송신한다.

이때의 정보는 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간의 갱신입력이 포함되며 에어리어컨트롤러(103)는 내장된 시계를 실시간으로 갱신하고 자체변압기의 부하데이터와 섹트컨트롤러의 변압기의 동일한 정보와 함께 데이터 기억장치인 S-RAM메모리(304)에 일시 저장하고 변압기의 부하에 이상이 발생하면 즉시 인터럽트를 걸어 검침데이터수집 등의 하던 일을 멈추고 검침센터에 경보를 통보한다.

도 4는 섹트컨트롤러(104)의 구성으로 장치 운용 프로그램이 내장된 마이크로컨트롤러(400)는 변압기 2차선에서 출력하여 DC전력으로 정류한 전원부(403)로부터 동작에 필요한 DC전원을 공급받으면서, 에어리어컨트롤러(103)로부터 보내오는 정보를 RF로 수신하여 그 변압기로부터 전력을 공급받는 수용가 전력량계와 PLC모 뎀(402)에 의하여 송수신한다. 이때의 정보는 이동통신에서 에어리어컨트롤러를 거쳐 송신되는 실시간 갱신입력이 포함되며 섹트컨트롤러(104)는 내장된 시계를 실시간으로 갱신하고 수용가 전력량계로부터 정해진 시간마다(15분마다) 검침데이터를 수집 합산하여 생성한 부하전류데이터와 자체변압기의 2차선에서 측정한 부하전압데이터로 구성된 변압기의 부하데이터를 데이터 기억장치인 S-RAM메모리(404)에 일시 저장한 뒤 에어리어컨트롤러(104)의 정보요구에 따라 송신하고 전류,전압 등에 이상이 발생하면 즉시 에어리어컨트롤러(104)를 거쳐 검침센터(101)에 경보를 통보한다.

즉, 도 7의 부하 전류 데이터 생성 흐름도에 도시된 바와 같이 에어리어컨트롤러와 섹트컨트롤러의 마이크로컨트롤러는 당해 변압기에 속하는 모든 수용가 전력량계들로부터 15분 단위의 검침데이터를 수집 합산한 변압기의 부하데이터가 변압기의 용량을 초과할 때는 즉시 인터럽트를 걸어 검침센터에 경보를 통보하고 기록을 저장하게 되며 변압기의 용량 이내일 때는 저장된 최고치(Peak Time)의 부하데이터와 최저 부하데이터와 비교하여 범위를 초과하였으면 이를 갱신 저장만 하며 최고치와 최저치의 부하데이터는 매월 정기적인 전력요금 부과를 위한 검침데이터 수집 시에 검침센터에 통보된다.

도 5는 수용가 모뎀(105)의 구성으로 장치운용프로그램이 내장된 마이크로컨트롤러(400)는 동작에 필요한 DC전원을 전원부에서 공급받으면서 에어리어컨트롤러(103) 및 섹트컨트롤러(104)로부터 보내오는 정보와 수용가 전력량계의 정보를 에 어리어컨트롤러 및 섹트컨트롤러의 요구가 있을 때 PLC에 의하여 송수신한다. 이때 정보에는 에어리어컨트롤러 및 섹트컨트롤러를 거쳐 보내오는 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간의 갱신(RTC, Real Time lock)입력이 포함되며 이를 전달받은 마이크로컨트롤러(500)는 전력량계의 시계를 실시간으로 갱신한다.

정전을 감지하게 되면 전원부(503)로부터 백업전원(밧데리)을 연결하여 현재의 정보를 정전 대비 EEPROM메모리(504)에 저장한 뒤 절약모드로 들어가고 다시 전력이 공급되면 메모리에 있는 정보로 장치를 업데이트 한 뒤 정상상태로 돌아간다.

본 발명에 있어 하부기능의 주변기기로서 미설명부호 305,405,505는 마이크로컨트롤러 구동용 CLOCK신호를 발생시키는 클럭발생기로서 전자식 타이머 기능의 시계제어부이며 디스플레이(507)은 마이크로 컨트롤러에서 출력되는 신호를 입력받아 데이터 및 상태를 LCD, LED 등의 액정화면에 디지털로 출력 표시하여 디스플레이하는 표시장치이다.

도 6은 상기 장치들이 상호 통신하는데 필요한 프로토콜을 구성하는 데이터의 포맷으로, 전력회사의 지점(601), 1개의 지점이 관리하는 에어리어컨트롤러(602), 1개의 에어리어컨트롤러가 관리하는 섹트컨트롤러(603), 1개의 에어리어컨트롤러 또는 섹트컨트롤러가 관리하는 수용가들의 일련번호와 시간 보정, 정상 검침, 특정 검침, 변압기 상황 파악 등의 업무 구분(605), 상위에서 하위로 송신하는 단계별 여부나 하위에서 상위로 수신하는 단계별 여부를 구분하는 코드(606), 실제적인 데이터(607), 통신 데이터의 정확성을 체크하는 에러체크(608)의 총 24 바이트로 구성한다.

이와 같이 변압기의 2차 선에 별도로 고가의 전류검출장치(CT)를 설치하지 아니하고도 각 상별로 가입된 수용가 전력량계의 검침데이터를 PLC통신에 의하여 정해진 시간마다(15분마다) 수집 합산하여 변압기의 부하데이터를 생성하고 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간 갱신(RTC, Real Time Clock)기능을 이용하여 모든 변압기의 2차선에 있는 집중기(에어리어컨트롤러, 섹트컨트롤러)와 수용가 전력량계의 시계를 실시간으로 갱신 유지토록 하여 변압기의 부하데이터와 수용가 전력량계의 검침데이터를 실시간으로 정확하게 수집할 수 있게 한다.

본 발명은 변압기와 수용가 전력량계와의 네트워크는 반드시 PLC로 하여야 하고 변압기와 전력회사의 검침센터와의 네트워크는 가능한 한 CDMA+RF로 구성하는 것이 바람직하나 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 CDMA를 HFC 등으로 치환하는 등 여러 가지의 치환 변경이 가능하므로 전술한 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명과 같이 변압기의 2차 선에 고가(高價)인 컷코어 방법의 전류검출장 치(CT)를 별도로 설치하지 않고도 각 상별로 가입된 수용가 전력량계의 수용가모뎀(PLC)으로부터 검침데이터를 정해진 시간마다(15분마다) 수집 합산하거나 수용가 전력량계에 부가된 수요전력계(Demand Meter)의 기록을 수집 합산하여 변압기의 전류부하데이터를 만들면 변압기의 부하관리와 전력량계의 검침을 통합 수행하는 원격관리시스템의 구축비용이 저렴하게 됨으로 검침기능밖에 없는 RF에 의한 AMR과 비교하여 기술 및 가격우위를 점하게 함은 물론 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간의 갱신(RTC)기능을 활용하여 모든 변압기의 2차선에 있는 집중기와 전력량계의 시계를 실시간을 유지할 수 있게 함으로서 변압기의 부하전류데이터, 수용가의 전력량계의 피크타임(Peak Time), 심야전력량계의 상시부하데이터와 심야부하데이터를 실시간으로 정확하게 수집할 수 있게 된다.

Claims

변압기의 2차 선에 있는 집중기(에어리어컨트롤러, 섹트컨트롤러)와 수용가의 전력량계 사이의 네트워크를 전력선통신(PLC)으로 구성한 변압기의 부하관리와 수용가 전력량계의 검침데이터를 수집하는 원격관리시스템에 있어서,

변압기의 2차 선에 DC전원출력부, 운영프로그램을 내장한 마이크로컨트롤러, S-RAM메모리, PLC모뎀, 변압기와 전력회사의 검침센터를 연결하는 통신모뎀 등으로 집중기(에어리어컨트롤러 섹트컨트롤러)를 구성하고 전력선통신(PLC)으로 각 상별로 가입된 수용가 전력량계들로부터 정해진 시간마다(15분마다) 검침데이터를 수집 합산하거나 수용가전력량계들의 수요전력계(Demand Meter)의 기록을 수집 합산하여 별도의 전류검출장치(CT)없이도 변압기의 전류부하데이터를 생성하게 하는 특징과 이동통신에서 부수적으로 송신하는 실시간 갱신(RTC, Real Time Clock)기능을 이용하여 모든 변압기의 2차선에 있는 집중기(에어리어컨트롤러, 섹트컨트롤러)와 수용가 전력량계의 시계를 실시간으로 갱신 유지토록 하는 특징을 가진 변압기의 부하관리와 전력량계의 검침을 통합 수행하는 원격관리시스템.