KR101920563B1

KR101920563B1 - 중계통신방식의 ａｍｉ 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 ａｍｉ 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101920563B1
Application number: KR1020170075705A
Authority: KR
Inventors: 박병석; 명노길; 조병갑; 백종목; 조한진; 이중호; 심준수
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2018-11-21
Also published as: CN109417296B; US20210184827A1; WO2018230769A1; US11139948B2; CN109417296A

Abstract

본 발명은 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템은, 변전소에 설치된 주변압기의 인출단에 대해 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집하기 위한 AMI 서버; 및 상기 AMI 서버로부터 전송된 '위상별 기준 ZCD 시간차'와 동일 시간에 자신이 수집한 '위상별 ZCD 시간차'를 비교하여 오차범위 내에 근접하는 시간차를 가지도록 일치시키기 위한 DCU(Data Concentration Unit);를 포함한다.

Description

중계통신방식의 ＡＭＩ 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 ＡＭＩ 시스템 및 그 방법{AMI SYSTEM AND METHOD OF ACCOMPLISHING THE DETECTION AND SYNCHRONIZATION OF PHASE IN AMI COMMUNICATION NETWORK OF RELAY COMMUNICATION MANNER}

본 발명은 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 변전소와 DCU 간 광역계통에서 전기 절대 위상을 검출 및 동기화한 다음, 중계전송방식이 적용되는 DCU와 전력량계의 모뎀 간 하부계통에서 전기 절대 위상을 검출함으로써, 변전소에서 최종 말단의 수용가까지 공급되는 전기 위상 정보를 수집하고 동기화하기 위한, 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

배전계통 시스템에서는 고객(부하)에 공급되는 정확한 전기의 위상(Phase)을 검출하면, 공급되는 전기의 3상 간에 발생하는 부하 불평형을 최소화할 수 있다. 이는 공급되는 전압, 고조파 등의 전기품질을 최적화할 수 있고, 전력설비의 투자를 효율적으로 할 수 있을 뿐만 아니라, 불평형 전류의 감소에 의한 전력공급 손실을 줄일 수 있다.

저압 배전계통은 상당히 많은 수의 고객들이 배전선로에 접속되어 있고, 건물의 개축, 이사, 신축, 변경 등과 같은 고객들의 상황이 수시로 변하기 때문에 항상 정확하게 고객에게 공급되는 전기상 정보 구축이 어려운 실정이다.

이에 따라, 종래에 저압 배전계통에 대한 위상 동기화 및 검출을 위해서는, 일회성 일괄시험에 의해 데이터베이스를 구축하고 주기적인 재시험을 통해 고객에게 공급되는 전기상 정보를 구축하였다. 하지만, 이러한 방식은 배전계통이 수시로 변하는 잦은 변동성으로 인해 유효성을 갖는 데이터베이스를 구축하기 곤란하므로, 널리 활용되고 있지 않다.

한편, 송전선로 또는 배전선로의 긍장(line length)내에서 혼재되어 있는 선로의 위상을 검출하는 상 정보 검출 장치 및 이를 이용한 상 정보 검출 방법과 그 시스템에 관한 내용이 한국등록특허 제594,778호에 개시되어 있다. 이러한 한국등록특허 제594,778호에서는 전력 상 탐지를 위해 복잡한 DSP 장치와 AD변환기를 이용하여 많은 샘플링 신호를 수집하고, 고속의 프로그램과 처리 알고리즘을 이용하여 위상을 탐지하는 방법에 대해 개시되어 있다.

그런데, 한국등록특허 제594,778호에서는 전력량계에 취부 또는 내장된 모뎀에서 송출된 위상검출 통신패킷이 중계 통신없이 직접 데이터집중장치(DCU)에 수신되는 경우를 가정하고 있다. 이때, 실질적으로 고주파를 이용하는 무선이나 고속 광대역 PLC 기술은 전력 위상에 관계없이 동작하여 중간에 모뎀이 중계 통신 기능을 담당하는 경우에 위상 정보를 유지하기 어렵다.

아울러, 한국등록특허 제594,778호에서는 데이터집중장치 이하 구간에 대해서만 위상을 검출하므로, 변전소와 데이터집중장치 사이의 광역 절대 위상을 동기화시키는 내용이 개시되어 있지 않다.

따라서, 배전계통 시스템에서는 중계 통신 방식의 AMI 통신망을 이용하여 최소한의 비용으로 위상 정보를 수집하여 수시로 저압 배전계통의 위상 정보를 수집하여 준실시간으로 동기화하고, 광역의 절대 위상 정보를 수집하여 동기화하는 방안이 제안될 필요가 있다.

한국등록특허공보 제594,778호 (2006.06.22 등록)

본 발명의 목적은 변전소와 DCU 간 광역계통에서 전기 절대 위상을 검출 및 동기화한 다음, 중계전송방식이 적용되는 DCU와 전력량계의 모뎀 간 하부계통에서 전기 절대 위상을 검출함으로써, 변전소에서 최종 말단의 수용가까지 공급되는 전기 위상 정보를 수집하고 동기화하기 위한, 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템은, 변전소에 설치된 주변압기의 인출단에 대해 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집하기 위한 AMI 서버; 및 상기 AMI 서버로부터 전송된 '위상별 기준 ZCD 시간차'와 동일 시간에 자신이 수집한 '위상별 ZCD 시간차'를 비교하여 중계 통신에서 모뎀간의 위상을 판정하기 위한 DCU(Data Concentration Unit);를 포함하고, 상기 DCU는, 펄스 계수의 기준이 되는 'GPS PPS 신호'와 'ZCD 펄스' 사이의 간격을 클럭 펄스로 계수하여 ZCD 시간차를 위상별로 확인하며, 송신측 또는 수신측에 대해 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 나타낸 테이블을 이용하는 것일 수 있다.

삭제

상기 DCU는, 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 이용하여 중계 통신에서 상위 모뎀의 위상을 판정한 후 하위 모뎀의 위상을 판정할 수 있다.

상기 DCU는, 중계모뎀 없이 직접 통신하는 상기 상위 모뎀의 위상을 판정하고, '상기 상위 모뎀의 위상정보'와 '상기 상위 모뎀에 의해 상기 하위 모뎀으로 전송된 위상검출패킷을 통해 산출된 시간차'를 이용하여 상기 하위 모뎀의 위상정보를 판정할 수 있다.

상기 DCU는, 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 이용하여 중계 통신에서 ZCD 신호를 누적 전송하여 모뎀의 위상을 검출할 수 있다.

상기 모뎀은, 자신과 하위 모뎀의 ZCD 신호의 시간차를 합산한 결과로서, 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 다음 상위 모뎀으로 전송할 수 있다.

상기 DCU는, 상기 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 이용하여 종단 모뎀의 위상정보를 판정할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 방법은, AMI 서버가 변전소에 설치된 주변압기의 인출단에 대해 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집하는 단계; DCU가 동일시간에 '위상별 ZCD 시간차'를 수집하는 단계; 및 상기 DCU가 상기 '위상별 기준 ZCD 시간차'와 상기 '위상별 ZCD 시간차'를 비교하여 중계 통신에서 모뎀간의 위상을 판정하는 단계;를 포함하고, 상기 DCU는, 펄스 계수의 기준이 되는 'GPS PPS 신호'와 'ZCD 펄스' 사이의 간격을 클럭 펄스로 계수하여 ZCD 시간차를 위상별로 확인하며, 상기 DCU가 송신측 또는 수신측에 대해 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 나타낸 테이블을 이용하는 것일 수 있다.

상기 판정 단계는, 상기 DCU가 중계모뎀 없이 직접 연결된 상위모뎀의 위상정보를 판정하는 단계; 및 상기 DCU가 '상기 상위모뎀의 위상정보'와 '상기 상위모뎀에 의해 하위 모뎀으로 전송된 위상검출패킷을 통해 산출된 시간차'를 이용하여 상기 하위 모뎀의 위상정보를 판정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 판정 단계는, 모뎀이 자신과 하위 모뎀의 ZCD 신호의 시간차를 합산한 결과인 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 다음 상위 모뎀으로 전송하는 단계; 및 상기 DCU가 상기 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 이용하여 종단 모뎀의 위상정보를 판정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 변전소와 DCU 간 광역계통에서 전기 절대 위상을 검출 및 동기화한 다음, 중계전송방식이 적용되는 DCU와 전력량계의 모뎀 간 하부계통에서 전기 절대 위상을 검출함으로써, 변전소에서 최종 말단의 수용가까지 공급되는 전기 위상 정보를 수집하고 동기화할 수 있다.

또한, 본 발명은 AMI 통신망을 이용하여 최소한의 비용으로 상정보를 수집하는 기능을 도입하여 수시로 저압 배전계통의 상정보를 수집하여 준실시간으로 동기화할 수 있으며, 광역의 절대 전기상정보를 수집하고 동기화하는데 용이한 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 GPS와 ZCD 신호를 이용하여 광역위상정보를 동기화하고, 이정보를 기반으로 중계 전송을 하는 AMI 시스템에서 수용가의 위상을 확대 검출할 수 있다.

또한, 본 발명은 광역계통의 전기 절대 위상을 GPS 신호의 수신을 통해 확인되는 1PPS 디지털 신호 1개와 ZCD 회로로부터 출력되는 ZCD 신호 간의 시간차를 이용하여 확인할 수 있다.

또한, 본 발명은 하나의 모뎀과 다수의 전력량계가 접속되는 구성과 중계통신 구성에서 위상검출을 지원하여 모든 저압 수용가에 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 전국규모의 변전소 및 배전선로의 광역위상을 일관되게 관리할 수 있다.

또한, 본 발명은 배전 선로상의 변압기 상별 고객을 정확히 파악하여 상별 도전과 누전을 용이하게 관리할 수 있다.

또한, 본 발명은 AMI 모뎀, DCU에 간단하고 저렴한 부품을 추가하여 위상검출을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 최근 1MW 이하 분산전원의 무제한 계통 병입 방침에 따라 계통의 전압관리등 정밀한 운영의 필요성이 급증하고 있는 바, 위상 검출 및 동기화는 전압, 전류, 전력정보의 수집에 있어 가장 기본적인 상 일관성을 확보할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템을 나타낸 도면,
도 2a 내지 도 2c는 상간 영전위 교차시간을 설명하는 도면,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 중계 통신에서 DCU가 모뎀의 위상을 검출하는 방식을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계 통신에서 DCU가 모뎀의 위상을 검출하는 방식을 설명하는 도면,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 방법에 대한 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 중계통신방식의 AMI 통신망에서 전기 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템(이하, "AMI 시스템"이라 함)(100)은, 저압고객(residential customer)을 대상으로 하는 보편적인 구성으로서, 데이터집중장치(Data Concentration Unit, 이하 'DCU'라 함)(120)를 이용하여 전력량계(미도시)와 AMI 서버(110)를 연결하는 구성을 가진다. DCU(120)는 전력량계와 근거리 통신구간으로 연결되고, AMI 서버(110)와 장거리 통신구간으로 연결된다.

여기서, DCU(120)와 전력량계는 무선 및 유선 통신기술을 이용하여 근거리 통신 구간을 형성함에 있어, 출력제한 규제를 극복하기 위해 중계전송 방식 혹은 메쉬 네트워크(mesh network) 방식을 적용한다. 이 경우, DCU(120)와 전력량계는 근거리 통신용 모뎀(modem)을 구비한다.

한편, AMI 시스템(100)은 변전소와 DCU(120) 간 광역계통에서 전기 절대 위상을 검출 및 동기화한 다음, 중계전송 방식이 적용되는 DCU(120)와 전력량계의 모뎀 간 하부계통에서 전기 절대 위상을 검출함으로써, 변전소에서 최종 말단의 수용가까지 공급되는 전기 위상 정보를 수집할 수 있다.

이하, AMI 시스템(100)에서 변전소와 DCU(120) 간 광역계통에서 전기 절대 위상을 동기화하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

이에 대한 이해를 돕기 위해, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 DCU(120)에서 '위상별 ZCD 시간차'를 수집하기 위한 구성요소에 대해 먼저 설명하기로 한다.

DCU(120)는 발진부(121), GPS 수신부(122), ZCD 회로부(123), 펄스 계수부(124)를 포함한다.

발진부(121)는 펄스 계수부(124)의 신호 처리를 위한 클럭 펄스(clock pulse)를 발생시켜 펄스 계수부(124)에 입력한다.

GPS 수신부(122)는 GPS 신호를 수신하여 GPS 신호로부터 확인된 1PPS(Pulse Per Second) 신호(즉, GPS PPS 신호)를 펄스 계수부(124)로 전달한다.

ZCD 회로부(123)는 주상 변압기(20)의 2차측에 전기 위상별로 각각 구비되어 전기 위상을 특정지을 수 있는 영전위 검출(Zero Cross Detector, ZCD) 회로(이하 "ZCD 회로"라 함)를 구비한다. 이러한 ZCD 회로부(123)는 위상별 ZCD 펄스를 펄스 계수부(124)로 전달한다.

여기서는 설명의 편의상 첫번째 선로부터 세번째 선로까지의 전기 위상은 각각 'A상(A phase)', 'B상(B phase)', 'C상(C phase)'으로 가정하여 설명하기로 한다.

첫번째 선로에 배치된 ZCD 회로는 ZCD#1(123a)로서 ZCD 펄스인 A상의 ZCD#1 펄스를 펄스 계수부(124)로 전달하고, 두번째 선로에 배치된 ZCD 회로는 ZCD#2(123b)로서 ZCD 펄스인 B상의 ZCD#2 펄스를 펄스 계수부(124)로 전달하며, 세번째 선로에 배치된 ZCD 회로는 ZCD#3(123c)로서 ZCD 펄스인 C상의 ZCD#1 펄스를 펄스 계수부(124)로 전달한다.

펄스 계수부(124)는 펄스 계수의 기준이 되는 'GPS PPS 신호'와 위상별 'ZCD 펄스' 사이의 간격을 클럭 펄스로 계수하여 ZCD 시간차를 확인함으로써, 위상별 클럭 펄스의 개수에 대응되는 '위상별 ZCD 시간차'를 수집한다.

도 1b를 참조하면, GPS PPS 신호는 펄스 계수의 기준이 되는 기준 GPS PPS(201), 기준 GPS PPS(201) 바로 다음에 나타나는 다음 GPS PPS(202)가 도시되어 있다. 기준 GPS PPS(201)과 다음 GPS PPS(202)는 시간축을 따라 1초 간격의 펄스로 나타난다.

ZCD 펄스는 기준 GPS PPS(201)와 다음 GPS PPS(202) 간 1초 간격 사이에 각 위상들의 영전위 교차점(Zero Cross Detector Point)에 대응되는 펄스를 시간축을 따라 나타낸다.

이때, 사인 파형(sine wave)을 나타내는 각 위상들의 영전위 교차점은 사인 파형의 시작 지점이 된다. A상의 경우에는 'A0' 지점이 사인 파형의 시작 지점에 해당하고, B상의 경우에는 'B0' 지점이 사인 파형의 시작 지점에 해당하며, C상의 경우에는 'C0' 지점이 사인 파형의 시작 지점에 해당한다. 여기서, C상의 경우에, 'C1' 지점은 사인 파형의 시작 지점에 해당하지 않으므로, C상의 영전위 교차점에 해당하지 않는다.

따라서, A상의 ZCD 펄스(ZCD#1 펄스)는 시간축을 따라 기준 GPS PPS(201)로부터 'T1'만큼의 시간차를 나타내고, B상의 ZCD 펄스(ZCD#2 펄스)는 시간축을 따라 기준 GPS PPS(201)로부터 'T2'만큼의 시간차를 나타내고, C상의 ZCD 펄스(ZCD#3 펄스)는 시간축을 따라 기준 GPS PPS(201)로부터 'T3'만큼의 시간차를 나타낸다.

전술한 바와 같이, '클럭 펄스'는 발진부(121)로부터 입력되고, 'GPS PPS 펄스'는 GPS 수신부(122)로부터 전달되며, 'ZCD 펄스'는 ZCD 회로부(123)로부터 전달된다. ZCD 펄스는 ZCD 회로부(123)의 위상별로 구비된 ZCD 회로인 ZCD#1 내지 ZCD#3(123a 내지 123c)으로부터 수집된다. ZCD 회로는 저가격 소량의 전자부품들(다이오드, 저항, 포토커플러)를 이용하여 구성 가능하며, 전력량계 또는 모뎀에 내장될 수 있다. ZCD 회로는 영전위 신호를 전력량계에서 지원하는 경우, 상용 Metering IC에서 제공할 수도 있다.

다음으로, 변전소와 DCU(120) 간 광역계통에서 전기 절대 위상을 동기화하는 과정에 대해 설명하기로 한다.

DCU(120)는 변전소에 설치된 주변압기(10)의 인출단과 동일한 배전선로로 연결되는 주상변압기(20)에 설치되고, 해당 주변압기(10)의 인출단에 상 정의를 일치시켜 광역계통에서 전기 절대 위상을 동기화한다.

이를 위해, AMI 서버(110)는 변전소에 설치된 주변압기(10)의 인출단에 대해 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집한다. 이때, AMI 서버(110)는 해당 주변압기(10)의 인출단에 연결된 기준 위상검출기(12)를 이용하여 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집한다. 기준 위상검출기(12)는 전술한 DCU(120)가 GPS PPS 신호를 기준으로 '위상별 ZCD 시간차'를 수집하는 과정을 이용할 수 있다.

그리고 AMI 서버(110)는 수집된 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 동일 배전선로 상에 설치되어 있는 DCU(120)로 전송한다.

이후, DCU(120)는 'AMI 서버(110)로부터 전송된 위상별 기준 ZCD 시간차'와 '동일 시간에 자신이 수집한 위상별 ZCD 시간차'를 비교함으로써, 자신이 수집한 위상별 ZCD 시간차가 위상별 기준 ZCD 시간차에 오차범위 내에 근접하는 시간차를 가지는 위상으로 일치시킨다. 이처럼, DCU(120)와 기준 위상검출기(12)에서 수집된 각 ZCD 시간차는 상호간에 비교를 통해 일정범위 이내의 값일 경우에 동일한 전력 위상으로 판정된다.

또한, AMI 서버(110)는 DCU(120)로부터 위상별 ZCD 시간차를 수신받아 관리할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 상간 영전위 교차시간을 설명하는 도면이다.

도 2a를 참조하면, A상 접속 단상 전력량계의 ZCD 신호를 기준으로 할 때, A상과 B상 간의 영전위 교차점의 시간차(즉, ZCD 신호 시간차)가 'T'라면, A상과 C상 간의 영전위 교차점의 시간차는 'T'의 약 2배인 '2T'가 된다.

정확하게는, ZCD 펄스의 발생에 따른 오차시간 'Txt'를 상간 영전위 교차점의 시간차에 반영할 수 있다. 여기서, 'Txt'는 T에 비해 매우 작고, 사전에 파악가능하기 때문에 산술적인 보상이 가능하다.

도 2b를 참조하면, 송신측이 A상을 기준으로 하는 경우에는, 영전위 교차점의 시간차가 '1T'를 가지는 상이 B상이 되고, 영전위 교차점의 시간차가 '2T'를 가지는 상이 C상이 된다.

도 2c를 참조하면, 수신측이 A상을 기준으로 하는 경우에는, 영전위 교차점의 시간차가 '1T'를 가지는 상이 C상이 되고, 영전위 교차점의 시간차가 '2T'를 가지는 상이 B상이 된다.

도 2b와 도 2c를 토대로, 전체 위상에 대한 상간 ZCD 시간차를 나타내면, 아래 [표 1]과 같다. DCU(120)는 아래 [표 1]와 같이, 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 이용하여 모뎀간 위상을 판정한다. 이에 대해서는 후술할 도 3 및 도 4를 통해 자세히 설명하기로 한다.

구분		수신
구분		A상	B상	C상
송신	A상	0	1T	2T
	B상	2T	0	1T
	C상	1T	2T	0

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 중계 통신에서 DCU가 모뎀의 위상을 검출하는 방식을 설명하는 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, DCU(120)는 중계 통신에서 모뎀의 위상을 검출함에 있어서, 상기 [표 1]의 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 이용하여 상위 모뎀의 위상을 판정한 후 하위 모뎀의 위상을 판정한다. 도 3a 및 도 3b와 같이, 상위 모뎀은 1차 모뎀, 하위 모뎀은 2차 모뎀으로 나타낼 수 있다. 이러한 방식은 위상정보 및 응용계층 통신이 분산된 체계에 적합하다.

도 3a를 참조하면, DCU(120)는 1차 모뎀(131, 132)의 위상을 판정한다. 여기서, 1차 모뎀(131, 132)은 중계모뎀 없이 DCU(120)와 직접 통신하는 모뎀을 의미하며, 제1 모뎀(131)과 제2 모뎀(132)이 포함된다. 그런데 1차 모뎀(131, 132)은 DCU(120)와 2차 모뎀(133 내지 136) 간 중계모뎀에 해당한다.

DCU(120)는 1차 모뎀(131, 132)의 위상을 판정하고, 해당 위상의 판정결과를 1차 모뎀(131, 132)으로 전송한다. 이때, 수신측인 DCU(120)는 A상을 기준으로 ZCD 신호의 시간차를 수집하는데, 제1 모뎀(131)에서 ZCD 신호의 시간차가 '1T'이고, 제2 모뎀(132)에서 ZCD 신호의 시간차가 '2T'이다. 상기 [표 1]을 참조하면, 제1 모뎀(131)은 C상으로 판정되고, 제2 모뎀(132)는 B상으로 판정된다.

도 3b를 참조하면, DCU(120)는 2차 모뎀(133 내지 136)의 위상정보 산출을 1차 모뎀(131, 132)으로 지시한다. 이때, 1차 모뎀(131, 132)은 2차 모뎀(133 내지 136)으로부터 위상검출패킷 또는 파일럿 신호(pilot signal)를 전송받는다.

참고로, 위상검출패킷은 전기 3상 간의 위상 지연 시간차 약 5.5㎳ 이내에 수신 가능하다. 한국형 고속 PLC 의 경우에는 짧은 패킷을 두 개 모뎀간에 송수신하는데 최고 속도 약 0.3㎳이며, 최저 속도 약 2.1㎳이 소요된다.

DCU(120)는 1차 모뎀(131, 132)의 위상정보, 2차 모뎀(133 내지 136)으로부터 전송된 위상검출패킷 또는 파일럿 신호를 통해 산출된 시간차를 이용함으로써, 2차 모뎀(133 내지 136)의 위상정보를 판정한다.

이때, 수신측인 제1 모뎀(131)은 C상을 기준으로 ZCD 신호의 시간차를 수집하는데, 제3 모뎀(133)에서 ZCD 신호의 시간차가 '2T'이고, 제4 모뎀(134)에서 ZCD 신호의 시간차가 '1T'이다. 상기 [표 1]을 참조하면, 제3 모뎀(133)은 A상으로 판정되고, 제4 모뎀(134)은 B상으로 판정된다.

마찬가지로, 수신측인 제2 모뎀(132)은 B상을 기준으로 ZCD 신호의 시간차를 수집하는데, 제5 모뎀(135)에서 ZCD 신호의 시간차가 '0'이고, 제6 모뎀(136)에서 ZCD 신호의 시간차가 '1T'이다. 상기 [표 1]을 참조하면, 제5 모뎀(135)은 B상으로 판정되고, 제6 모뎀(136)은 A상으로 판정된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계 통신에서 DCU가 모뎀의 위상을 검출하는 방식을 설명하는 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, DCU(120)는 상기 [표 1]의 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 이용하여 중계 통신에서 ZCD 신호의 누적 전송을 통해 모뎀의 위상을 검출한다. 이러한 방식은 위상정보 및 응용계층 통신이 집중된 체계에 적합하다.

본 발명의 다른 실시예는 일실시예에 비해, 전송 시작과 종료 전구간 모뎀이 협업하므로 다수의 모뎀이 동시에 작동해야 하지만, 중간노드의 위상정보 오류가 하위 전체 노드에 파급시키지 않기 때문에 보다 정확하게 관리할 수 있다.

DCU(120)는 중계모뎀의 ZCD 신호와 위상검출패킷의 시간차를 최종 누적하여 종단 모뎀(전력량계)의 위상을 판정할 수 있다. 도 4에서 모뎀은 ① 내지 ⑦에 해당하며, DCU(120)는 ⑧에 해당한다.

여기서, 모뎀은 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 모뎀 자신과 하위 모뎀의 ZCD 신호의 시간차를 합산하여 다음 상위 모뎀으로 전송한다.

예를 들어, 도 4에서 모뎀 ④와 ⑤ 구간의 '2/4'는 해당 모뎀 구간의 ZCD 신호의 시간차를 '2', 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 '4'와 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 모뎀 ⑤는 해당 모뎀 구간의 ZCD 신호의 시간차인 '2'를 측정하고, 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차인 '4'를 수신한다. 이에, 모뎀 ⑤는 측정된 값 '2'와 수신된 값 '4'를 합산하여 '6'을 전송한다. 이처럼 모뎀 ⑤가 전송한 '6'은 모뎀 ⑤와 ⑥ 구간의 '2/6'에 표시된 '6'으로 나타낼 수 있다.

한편, DCU(120)는 기준 상정보와 비교하여 종단 모뎀에서 전송된 위상검출패킷의 상정보를 판단할 수 있다.

예를 들어, 도 4에서 모뎀 ⑦과 ⑧ 구간의 '2/8'은 모뎀 ⑦이 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차인 '10'을 DCU(120)로 전송하는 것을 알 수 있다. 이때, DCU(120)는 기준 상정보인 A상과 비교하여 종단 모뎀인 모뎀 ①에서 전성된 위상탐지패킷의 상정보를 다음과 같이 판단할 수 있다.

즉, (2 + 8) MOD 3 = 1(T의 배수)와 같이, 나머지 연산인 모듈러(Modulo, MOD) 연산을 통해, 모뎀으로부터 전송된 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차인 '10'을 상의 총수인 '3'으로 나눈 나머지는 '1'이므로, 표 1을 참조하면 수신측이 A상을 기준을 할 때 ZCD 신호의 시간차 '1T'를 갖는 상은 C상이다. 따라서, DCU(120)는 종단 모뎀인 모뎀 ①에서 현재 검출하고 있는 전력량계(수용가)의 전기 상은 C상으로 판정한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 방법에 대한 도면이다.

AMI 서버(110)는 변전소에 설치된 주변압기(10)의 인출단에 대해 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집하여 DCU(120)에 전송한다(S201). 이때, DCU(120)는 동일시간에 자신의 '위상별 ZCD 시간차'를 수집한다(S202).

이후, DCU(120)는 AMI 서버(110)로부터 전송된 '위상별 기준 ZCD 시간차'와 자신이 수집한 '위상별 ZCD 시간차'를 비교하여 오차범위 내에 근접하는 시간차를 갖도록 일치시킨다(S203).

전술한 S201 단계 내지 S203 단계는, 변전소와 DCU(120) 간 광역계통에서 전기 절대 위상을 검출 및 동기화하는 과정이다(도 5a 참조).

이후, 중계전송 방식이 적용되는 DCU(120)와 전력량계의 모뎀 간 하부계통에서 전기 절대 위상을 검출하는 과정에 대해 설명한다.

먼저, 일실시예에 따르면, DCU(120)는 중계 통신에서 모뎀의 위상을 검출함에 있어서, 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 이용하여 상위 모뎀의 위상을 판정한 후 하위 모뎀의 위상을 판정한다(도 5b 참조).

DCU(120)는 중계모뎀 없이 직접 연결된 상위 모뎀의 위상정보를 판정한다(S211). 이때, DCU(120)는 하위 모뎀의 위상정보 산출을 상위 모뎀으로 지시한다. 이에 따라, 상위 모뎀은 하위 모뎀으로부터 위상검출패킷 또는 파일럿 신호(pilot signal)를 전송받는다.

이후, DCU(120)는 상위 모뎀의 위상정보, 상위 모뎀에 의해 하위 모뎀으로부터 전송된 위상검출패킷 또는 파일럿 신호를 통해 산출된 시간차를 이용하여 하위 모뎀의 위상정보를 판정한다(S212).

다음으로, 다른 실시예에 따르면, DCU(120)는 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 이용하여 중계 통신에서 ZCD 신호의 누적 전송을 통해 모뎀의 위상을 검출한다(도 5c 참조).

모뎀은 자신과 하위 모뎀의 ZCD 신호의 시간차를 합산한 결과인 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 다음 상위 모뎀으로 전송한다(S221).

이후, DCU(120)는 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 이용하여 종단 모뎀의 위상정보를 판정한다(S222).

이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 주변압기 12 : 기준 위상검출기
20 : 주상 변압기 110 : AMI 서버
120 : DCU(Data Concentration Unit) 121 : 발진부
122 : GPS 수신부 123 : ZCD 회로부
124 : 펄스 계수부

Claims

변전소에 설치된 주변압기의 인출단에 대해 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집하기 위한 AMI 서버; 및
상기 AMI 서버로부터 전송된 '위상별 기준 ZCD 시간차'와 동일 시간에 자신이 수집한 '위상별 ZCD 시간차'를 비교하여 중계 통신에서 모뎀간의 위상을 판정하기 위한 DCU(Data Concentration Unit);를 포함하고,
상기 DCU는,
펄스 계수의 기준이 되는 'GPS PPS 신호'와 'ZCD 펄스' 사이의 간격을 클럭 펄스로 계수하여 ZCD 시간차를 위상별로 확인하며,
송신측 또는 수신측에 대해 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 나타낸 테이블을 이용하는 것인 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템.
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제 1 항에 있어서,
상기 DCU는,
중계 통신에서 상위 모뎀의 위상을 판정한 후 하위 모뎀의 위상을 판정하는 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 DCU는,
중계모뎀 없이 직접 통신하는 상기 상위 모뎀의 위상을 판정하고, '상기 상위 모뎀의 위상정보'와 '상기 상위 모뎀에 의해 상기 하위 모뎀으로 전송된 위상검출패킷을 통해 산출된 시간차'를 이용하여 상기 하위 모뎀의 위상정보를 판정하는 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 DCU는,
중계 통신에서 ZCD 신호를 누적 전송하여 모뎀의 위상을 검출하는 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 모뎀은,
자신과 하위 모뎀의 ZCD 신호의 시간차를 합산한 결과로서, 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 다음 상위 모뎀으로 전송하는 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 DCU는,
상기 모뎀으로부터 전송된 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 상의 총수로 나머지 연산(MOD 연산)을 수행하여 종단 모뎀의 위상정보를 판정하는 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 AMI 시스템.
AMI 서버가 변전소에 설치된 주변압기의 인출단에 대해 '위상별 기준 ZCD 시간차'를 수집하는 단계;
DCU가 동일시간에 '위상별 ZCD 시간차'를 수집하는 단계; 및
상기 DCU가 상기 '위상별 기준 ZCD 시간차'와 상기 '위상별 ZCD 시간차'를 비교하여 중계 통신에서 모뎀간의 위상을 판정하는 단계;를 포함하고,
상기 DCU는,
펄스 계수의 기준이 되는 'GPS PPS 신호'와 'ZCD 펄스' 사이의 간격을 클럭 펄스로 계수하여 ZCD 시간차를 위상별로 확인하며,
상기 DCU가 송신측 또는 수신측에 대해 특정 상의 영전위 교차점을 기준으로 상간 ZCD 시간차를 나타낸 테이블을 이용하는 것인 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 판정 단계는,
상기 DCU가 중계모뎀 없이 직접 연결된 상위모뎀의 위상정보를 판정하는 단계; 및
상기 DCU가 '상기 상위모뎀의 위상정보'와 '상기 상위모뎀에 의해 하위 모뎀으로 전송된 위상검출패킷을 통해 산출된 시간차'를 이용하여 상기 하위 모뎀의 위상정보를 판정하는 단계;
를 포함하는 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 판정 단계는,
모뎀이 자신과 하위 모뎀의 ZCD 신호의 시간차를 합산한 결과인 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 다음 상위 모뎀으로 전송하는 단계; 및
상기 DCU가 상기 이전구간의 누적 ZCD 신호의 시간차를 이용하여 종단 모뎀의 위상정보를 판정하는 단계;
를 포함하는 중계통신방식의 AMI 통신망에서 위상 검출 및 동기화를 수행하는 방법.
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