KR20160009100A - 스마트 탭 - Google Patents
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Abstract
하나 또는 2개 이상의 전원 플러그를 삽입할 수 있는 스마트 탭으로서, 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, 통신 수단, 제어 수단, 연산 장치를 구비하고, 상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단은 각각 접속된 전원 플러그를 통해 하나 이상의 가전 각각에 공급되는 전력의 전압 파형 및 전류 파형을 계측하는 수단이며, 이 전압 파형 및 이 전류 파형 또는 이들 파형을 처리한 결과를 스마트 탭과는 별도의 장소에 설치된 서버에 송신하고, 이 서버에서 연산된 결과에 기초하는 제어 신호를 수신하는 수단이며, 제어 수단은 이 제어 신호에 기초하여 가전에 공급되는 전력의 스위칭 및 공급 전력량을 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 스마트 탭에 의해, 복수의 전기 기기에 통전할 때에 각 전기 기기의 전력 파형의 측정 결과 등에 따라 전원 플러그로 접속된 가전 기기를 특정한다. 더 나아가서는 이들 가전 기기의 요구 전력량을 계측 산출하고, 각 전기 기기의 운전 상황을 파악해서 이상 운전을 검출하여, EoD 시스템을 제어한다.
Description
본 발명은 각종 전기 기기·가전 기기의 전원 플러그를 접속하기 위한 콘센트나 탭 등의 스마트 탭에 관한 것이다.
현재 알려져 있는, 전력의 가시화나 전력 사용량을 삭감하거나, 또는 전력 사용량을 관리하기 위한 가전 기기에 전력을 공급하는 시스템에 대해서 이하에 나타낸다.
주호(住戶)에서 현재 사용하고 있는 전력량을 나타내는 현재 사용 전력량을 계측하는 전력량 계측 수단과, 이 주호에서 사용 가능한 전체의 전력량의 최대량을 나타내는 상한 전력량을 설정, 기억할 수 있는 상한 전력량 설정 기억 수단과, 상기 상한 전력량과 상기 현재 사용 전력량의 입력을 바탕으로, 현재 사용 허용 전력량을 축차 산출하는 전력 관리 수단과, 상기 현재 사용 허용 전력량을 상한으로서 소비 전력을 제한하도록 능력을 조정하여 가동하는 적어도 하나 이상의 능력 제어 전기 기기와, 상기 능력 제어 전기 기기에 현재 사용 허용 전력량을 축차 입력하는 허용 전력 입력 수단을 구비한 홈 에너지 관리 시스템, 및 그 홈 에너지 관리 시스템에서, 운전 능력을 조정함으로써, 사용하는 전력량을 조정하는 것이 가능한 하나 이상의 능력 제어 전기 기기와, 통전, 차단 제어 기능을 갖는 하나 이상의 콘센트 어댑터와, 이 콘센트에 접속되는 하나 이상의 전기 기기를 포함하고, 상기 전력 관리 수단이 능력 제어 전기 기기에 운전 능력을 조정하도록 지시하는 것, 또는 차단 기능을 갖는 콘센트에 접속된 기기 중에서 정해진 알고리즘으로 선택한 하나 이상의 기기를 차단하는 것 중 적어도 어느 한쪽의 제어를 실시하는 것은 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 공지이다.
또한, 복수의 능력 제어 전기 기기가 존재하는 경우, 허용 전력량에 따라 어느 능력 제어 전기 기기를 운전할지를 결정하여 전력을 공급하는 것, 또는 능력 제어 전기 기기의 운전 능력을 허용 전력량에 따라 조정하고, 경우에 따라 다른 전기 기기의 가동의 억제 또는 중지를 행하는 것도 동일하게 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 공지이다.
가옥 내나 공장 내의 전원 콘센트에 접속되는 전기 기기의 소비 전력 등을 감시하는 전기량 감시 장치로서, 가옥 내나 공장 내의 전원 콘센트에 복수의 전기 기기의 전원 플러그를 접속할 수 있는 복수의 전원 콘센트 삽입구를 마련한 테이블 탭과, 상기 테이블 탭에 내장되고, 상기 전원 콘센트 삽입구를 통해 상기 전원 콘센트에 접속된 각 전기 기기에 흐르는 전류를 개개로 검출하는 변류기, 및 전압을 공통으로 검출하는 전압 변성기와, 상기 테이블 탭에 내장되고, 상기 검출된 전류, 전압 및 이들을 바탕으로 연산된 소비 전력량 등의 전기량을 감시하며, 이들 감시 정보를 LAN 접속으로 상위계의 서버 장치나 범용 퍼스널 컴퓨터에 Web 전송 제어할 수 있는 마이크로 컴퓨터를 구비한 것을 특징으로 하는 전기량 감시 장치는 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이 공지이다.
에너지 절약 컨트롤되는 부하측과, 이 부하측의 에너지 절약 상태를 컨트롤하는 에너지 절약 컨트롤측을 가지며, 부하측에서는, 부하에 접속되는 플러그와, 이 플러그가 삽입되는 복수의 플러그 삽입구를 갖는 전원 탭을 구비하고, 상기 플러그는, 부하 데이터가 기록되는 IC 태그를 내장하며, 상기 전원 탭은, 상기 각 플러그 삽입구에 대응해서, IC 태그와 통신하여 부하 데이터를 얻는 IC 태그 리더와, 플러그 삽입구에 삽입된 플러그에 공급하는 전류를 검출하는 전류 검출 수단을 구비하고, 상기 IC 태그와 IC 태그 리더의 통신 데이터와, 상기 전류 검출 수단으로부터의 전류 검출 데이터를 처리하여 상기 에너지 절약 컨트롤측에 송신하는 프로그래머블 컨트롤러부를 구비하며, 상기 에너지 절약 컨트롤측은, 상기 프로그래머블 컨트롤러부의 통신에 의해 얻는 상기 데이터에 기초하여 에너지 절약 컨트롤하는 것이 가능한 에너지 절약 컨트롤 시스템은 특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이 공지이다.
부하 기기가 접속되고 이 부하 기기에 전력을 공급하는 자기(子器)가 되는 복수개의 급전 접속 수단과, 이들 급전 접속 수단과 신호선을 통해 접속되고 상기 급전 접속 수단으로부터 송신되는 신호를 수신함으로써 상기 급전 접속 수단의 전력 사용 상태를 표시하는 표시기를 갖는 친기(親器)가 되는 표시 장치를 구비하는 급전 시스템에서, 상기 급전 접속 수단의 각각에는, 고유의 어드레스가 할당되고, 상기 급전 접속 수단에는, 자기(自己)의 어드레스를 상기 표시 장치에 등록하는 어드레스 설정부와, 상기 급전 접속 수단에 공급되는 전류를 검지하는 전류 검지부와, 이 전류 검지부에서 검지된 전류값과 상기 자기의 어드레스를 신호선을 통해 상기 표시 장치에 송신하는 송신부가 설치되고, 상기 표시 장치에는, 상기 급전 접속 수단으로부터의 신호를 수신하는 수신부와, 상기 전류 검지부에서 검지된 전류값에 기초하여 상기 급전 접속 수단의 전력 사용 상태를 연산하는 연산부가 설치되며, 상기 전력 적산량이 미리 설정된 판정값을 초과했을 때나, 상기 급전 접속 수단의 검지하는 전류값이 판정값을 초과하여 사용했을 때에 상기 급전 접속 수단의 전력 공급을 차단하는 급전 시스템은 특허문헌 4에 기재되는 바와 같이 공지이다.
하나 또는 복수의 전원 플러그 접속 수단을 갖는 전원 탭의 전원 공급 제어 장치에서, 상기 하나 또는 복수의 전원 플러그 접속 수단에 공급하는 공급 전력값이 대기 전력값에 상당하는 것인지를 검출하는 대기 전력 검출 수단과, 상기 대기 전력 검출 수단에 의해 대기 전력값 상당의 공급 전력값을 검출한 뒤에, 정해진 시간 경과 후에, 상기 각 전원 플러그 접속 수단에 대한 전원 공급을 정지하는 전원 공급 정지 수단을 구비한 전원 공급 제어 장치는 특허문헌 5에 기재되어 있는 바와 같이 공지이다.
또한, 이들의 특허문헌에 기재된 시스템과는 별도로 소위 스마트 미터도 알려져 있다. 스마트 미터는 각 가정 등에 설치되어 있는 종래의 적산 전력량계를 온라인화하여 이루어지는 것이며, 한 가정이 사용한 일정 시간의 적산 전력량을 계측하기 위한 장치이다.
상기한 배경기술은 모두 콘센트나, 벽에 매립되지 않는 테이블 탭을 사용하여 이루어지는 기술로서, 그 콘센트나 테이블 탭에는 필요한 측정기기 및 제어 장치가 내장된다. 그리고, 이러한 내장된 장치에서도 통전을 행하면 저항에 의해 발열하는 것을 피하지 못한다.
예컨대, 콘센트에 대해서는 박스 외면의 온도 상한은 85℃라고 하는 기준이 정해져 있고, 이 기준에 대해서는 간단히 종래형의 전력을 공급하는 것뿐인 콘센트이면 문제는 없지만, 검지 및 제어를 위한 각종 기기를 내장시키는 경우에는, 통전에 의한 이들의 각종 기기가 발열하여도 또한 이 기준을 하회하는 발열 온도로 하는 것은, 벽에 매립한다고 하는 설치 형태의 면, 즉 외기를 향해 방열하는 것이 곤란하다고 하는 면에서 봤을 때 매우 곤란하다. 그리고, 매립부의 케이스, 즉 콘센트 박스를 크게 하거나, 열을 배출하기 위해 필요한 핀이나 팬 등을 설치해야 하지만, 이 설치 형태에 의하면 크기가 제한된다.
한편, 벽에 매립하지 않는 테이블 탭에 검지 및 제어를 위한 각종 기기를 내장시킨 경우에서는, 원래 열 배출을 위해 유사한 대응을 취할 필요를 갖고 있지만, 벽 매립형의 콘센트보다 방열시키기 쉽고, 또한 벽에 매립하는 것에 의한 크기의 제한은 없다. 그러나, 보다 많은 열을 배출시키기 위해 단순히 크게 하면 취급하기 어려워진다.
추가로, 어떠한 전기 기기를 접속하여 사용할지를, 시스템에 등록해야 하는 경우에는, 그 등록 방법이 불명했거나, 특허문헌 3에 기재된 바와 같이 IC 태그를 사용하는 수단을 채용할 수밖에 없었다. IC 태그를 사용하는 경우에는 IC 태그가 플러그 내에 매립된 전기 기기밖에 사용할 수 없고, 집 전체의 전력 사용량을 고려하여 컨트롤하기 위해서는 모든 전기 기기에 플러그를 설치하며, 그 플러그에 IC 태그를 매립할 필요가 있었다.
또한, 이들의 특허문헌에 기재된 기술은, 탭에 접속한 전기 기기에 대하여, 사용하는 전력량이나 그것에 기초하는 경고를 표시시키거나, 또한 전력의 공급을 정지시키는 제어를 행하는 것에 머무는 것이거나, 전력의 정지까지는 가지 않아도 전기 기기에의 전력의 공급을 감소시키는 제어를 행하는 것이었다. 이 때에, 이 탭은 스마트 탭이라고 불리는 전력 계측 수단을 구비한 탭이 채용되고 있다.
또한, 소위 스마트 그리드의 구성의 하나로서, 각 가정 등의 전력 소비량의 경량 자동화 시스템의 도입과, 각 가정 등의 소비 전력 계측 등의 온라인화가 진행되고 있다. 또한, 각 가전 기기나 전원의 전력량 계측을 목적으로 하여 콘센트형 미터도 제품화되어 있다. 이들은 온라인화된 전력량계에 지나지 않고, 일정 시간 내의 적산 전력량의 계측과 그 계측값을 송신하는 것에 지나지 않는다. 또한 이들 미터는 집 전체의 소비 전력량을 수십분 단위의 간격으로 측정하는 것이다.
한 가정이나 사무실·빌딩·집합 주택 등이 사용하는 에너지를 제어의 목적으로 정보화시킬 때는, 우선 개개의 가전 기기나 분산 전원의 전력 계측 및 그 결과를 표시하는 것뿐만 아니라, 각 가전 기기의 전압 파형 및 전류 파형을 통한 가전 기기 인식과 사용 상태, 사용 전력량을 계측·표시하는 것이 필요하게 된다.
더 중요한 것은, 각 가전 기기 및 전기 기기와 공급 전원(계통이나 재생 가능 에너지나 축전지) 사이에서, 실시간으로 어떤 가전 기기 및 전기 기기가 사용되고 있다고 하는 개개의 가전 기기의 인식과, 어느 정도의 전력량이 요구되어 있는지 총 소비 전력 및 그 내역으로서, 개개의 요구 전력량을 계측하는 것이 필요하게 된다.
종래의 전력 사용 상황과 총 소비 전력의 가시화 시스템에 대해서는, 절전을 실시할 때에, 생활자는 자제하는 것을 의식하여, 수동으로 각 가전 기기 등의 전력을 부지런히 끄거나, 사용 시간을 옮기는 등의 행동이 필요하고, 가능한 한 절전을 의식하지 않고, 생활의 질을 유지하면서, 절전 및 피크 커트를 실행하는 것이 필요하게 된다.
이러한 정보화한 에너지의 사용 상황을 활용하여, 거기로부터 생활자의 행동 패턴, 즉 가전 기기의 사용 패턴을 학습·인식하고, 가정 내의 전력 사용 자체를 실시간으로 세밀하게 제어하는 것이 요구된다. 이를 위해, 가전 기기를 접속하여, 콘센트 단위, 즉 접속된 가전 기기마다 상세한 전압·전류 파형 등의 계측·전력량의 계측·수집·연산·제어·통신을 행하는 것, 또한 이들을 아울러, 한 집, 또는 복수의 집을 통합하여 1 단위로서 전력 플로우의 추정·제어를 행하는 것이 필요하게 된다.
또한, 가정 내의 전력 사용을 제어하기 위해서는, 개개의 가전 기기에 대한 공급 전원으로부터의 전력 공급에 대해서, 미리 설정한 우선 순위를 따라 전력 차단 및 공급 전력 삭감을 할 수 있다.
그러나, 일반 가정에서는, 가전 기기의 최대 전력량이 1.5 ㎾, 즉 일본 내 최대 15 A, 해외에서는 7.5 A(200 V)의 최대 전류가 투입되기 때문에, 콘센트 내장의 전력 제어 디바이스에도 대전류가 흐르게 되고, 이 전력 제어 스위칭 디바이스가 발열하는 것이 염려된다.
추가로, 이러한 기능을 구비하는 콘센트를 가옥 등의 건축물의 벽에 매립하는 벽 매립형으로 한 경우, 콘센트는 전류 측정 수단, 전압 측정 수단, 계측 수단, 연산·제어 수단, 발신 및 수신을 행하는 통신 수단, 전류 제어 수단, 전압 제어 수단 등을 구비해야 한다. 이 때, 이들의 수단, 특히 전력 제어 및 스위칭 ON/OFF 수단은 발열을 하기 때문에, 전력 플로우(전력의 흐름)를 작게 하지 않으면 발열량이 너무 커 콘센트 전체가 고온이 되어 안전성이 저하하는 것에 더하여, 콘센트를 형성하는 상기한 각 수단의 장치가 열화되거나 고장날 우려가 있다.
이 때문에, 하나의 콘센트에 에어컨이나 전자레인지 등의 소비 전력이 큰 전기 기기의 전원 플러그를 접속하면, 전력 플로우가 커져 콘센트가 과열할 우려가 있기 때문에 15 A의 전류를 전기 기기에 공급할 수 없었다.
이와 같이 과열되어 열이 포화되는 것에 의해, 단순히 안전성이 저하되는 것뿐만 아니라, 장치의 안정성이 악화되는 것이 염려된다. 이 때문에, 전기 용품 안전법에 기초하는 규정에 따른 사용 시의 콘센트 박스의 외면의 온도 기준의 상한 온도가 85℃이며, 85℃ 이하로 하지 않으면 안 될 때, 이 규정을 만족시킬 수 없을 우려가 생긴다.
그러나, 단순히 이 규정을 만족시키면 된다고 하는 것이 아니라, 이 규정을 만족시켜도 콘센트 박스 내는 외면보다 고온이기 때문에 85℃ 이상이 된다. 이러한 온도의 상승에 대하여, 콘센트 내부에 수납되는 부품으로서, 전력의 파형 및 계측 제어하는 마이크로 컴퓨터칩의 열화를 방지하기 위해 80℃ 이하로 해야 한다. 추가로, 예컨대 80℃를 초과하면 통신 기능을 갖는 통신 수단 발진기로서의 수명이 악화되는 수정 발진기와 같은 열에 더 약한 부품을 선택하여 사용하는 것도 더 곤란하고, 이러한 열에 약한 부품을 사용하는 경우라도 안정적으로 사용하는 것이 필요했다.
이 때문에, 과열을 방지하는 수단으로서 팬을 설치하거나, 매립형 콘센트 전체를 알루미늄 등의 금속으로 구성함으로써 방열을 촉진하는 것도 검토할 수 있지만, 팬의 설치는 콘센트를 대형화시키게 되고, 매립형인 것을 고려하면 콘센트를 설치할 수 있는 장소가 한정된다. 또한, 콘센트 박스 전체를 알루미늄이나 구리 등의 금속으로 구성하여, 이 금속판을 콘센트 내에서 발생하는 열의 방열 작용을 갖게 하는 것도 생각할 수 있지만, 그 금속이 전파를 차폐하기 때문에 외부와의 무선 통신을 저해하게 된다.
또한, 매립형 콘센트가 아니라, 전류 측정 수단, 전압 측정 수단, 계시 수단, 연산·제어 수단, 발신 및 수신을 행하는 통신 수단, 전류 제어 수단, 전압 제어 수단 등을 구비한 테이블 탭으로 하는 것도 가능하지만, 이 경우, 천장이나 벽에 매립된 조명 등을 포함하는 전기 기기 전체에 대하여 이와 같은 테이블 탭을 무리하게 접속해야 하므로, 비현실적이었다.
또한, 에너지 온 디멘드, 즉 EoD(이하 「EoD」라고 함) 시스템은 상용 전원을 포함하는 하나 이상의 전원을 상기에서 말하는 1단위로 공급하고, 그 1 단위 내에 공급되는 복수의 전원 중에서, 어떤 전원으로부터 어느 정도의 전력 공급을 받는지를 판단하는 것이 필요하게 되는데, 이를 위해 복수의 전기 기기에 통전할 때에 각 전기 기기의 전력 파형의 측정 결과 등에 따라 전원 플러그로 접속된 가전 기기를 특정하는 것, 더 나아가서는 보다 간단한 장치에 의해, 이들 가전 기기의 운전 상황을 파악하여 이상(異常) 운전을 검출하고, EoD 시스템을 제어하는 것, 또는 운전중 또는 운전 시작시에 가전 기기의 운전에 관한 우선도를 설정하고, 경우에 따라서는 우선도가 높은 가전 기기를 사용하는 등의 대응을 하는 것, 더 나아가서는, 통신을 원활히 행할 수 있고 제어 장치의 사용 수를 삭감시키는 것을 과제로 한다.
하나 또는 복수의 전력원과 그 전력 네트워크, 전력 네트워크 상의 가전 기기에서 소비, 유통되는 전력 플로우 그 자체의 추정·제어에 의해, 예컨대 집에서의 가전 기기의 사용에 있어서 전체의 전력 사용 상황을 바탕으로, 각 가전 기기를 사용하는 우선 순위를 마련하면서, 가전 기기 전체의 운전을 보다 원활한 생활을 할 수 있는 범위 내가 되도록 사용하는 전력량을 제어하는 것을 목적으로 하여, 본 발명은 전력 측정 수단을 구비한 탭인 스마트 탭 중에서도 특히 이하의 구성을 채용한다.
또한, 각 가전 기기 및 전기 기기와 공급 전원(계통이나 재생 가능 에너지나 축전지) 사이에서, 어떤 가전 기기가 어느 정도의 전력량이 필요할지 실시간에서의, 요구 패킷을 서버에 송신하고, 전원측의 공급 가능한 전력량을 서버에서 판단(조정)한 후에, 공급 가능한 전력의 패킷을 가전 기기측에 송신 즉, 요구와 공급의 밸런스를 판단(조정)한 후에 쌍방향의 패킷 송신에 의해, 가전 기기나 전기 기기에의 전력 공급이 시작된다. 이것이 EoD 시스템에 의한 전력의 제어 시스템이다.
본 스마트 탭은, 이 EoD 시스템에 있어서, 1. 발신이나 수신 등의 통신 기능, 2. 소비 전력의 산출 기능, 3. 각 가전 기기 및 각 전기 기기를, 서버에 등록한 각 가전 기기 및 각 전기 기기의 전류·전압 파형이라고 판정함으로써 인식하는 기능, 4. 또한 가전 기기 및 전기 기기의 전류·전압 파형의 인식 기능의 확장으로서, 정상적인 전력 파형 패턴과 실측 파형 형상을 비교하여, 각 전기 기기의 이상 검출(누전 등의 이상)을 알리는 기능, 5. 전력 제어 및 스위칭 ON/OFF 및 리모콘 등의 기능, 6. 또한 접속하는 가전 기기의 비사용 시에 스마트 탭 자신의 소비 전력을 저감하기 위한 슬립 기능 및 웨이크업 기능, 7. 가전이나 각 전원으로부터의 이상 전류 및 이상 전압에 대한 안전성 기능, 8. 환경(온도·습도 등)의 센싱 기능의 1 내지 8의 기능을 발휘하는 것이 가능하다.
이와 같이, EoD 시스템에 대응한 스마트 탭을 사용함으로써, 예컨대 가정의 경우, 생활자의 행동 패턴을 학습하여, 자동적으로 각 가전 기기나 전기 기기의 우선도를 인식하고, 전력 사용 모델을 구축한다. 이 전력 사용 모델에 의해, 전력 사용계획이 작성되고 다음에 전력 피크 커트 및 전력 상한값 설정에 의해, 실시간으로 순간 상한값의 계측과 산출을 행하고, 적산 시의 피크 커트, 상한 설정값을 초과하지 않는 전력 제어를 가능하게 하는 것이다. 또한, 실시간에서의 각 가전 기기의 요구를 접수받고, 우선도의 자동 설정 또는 수동 설정에 의해, 절전 및 피크 커트에 있어서, 우선도가 높은 가전 기기나 전기 기기는 되도록이면 절전하지 않고, 우선도가 낮은 가전 기기를 중심으로 절전이나 피크 커트를 행하기 때문에, 생활자가 쾌적함(절전에 대한 자제를 하지 않음)을 손상하지 않고 절전 및 피크 커트, 특히 적산 시의 피크 커트를 실현시킬 수 있다.
구체적으로는 이하와 같다.
1. 하나 또는 2개 이상의 전원 플러그를 삽입할 수 있는 스마트 탭으로서, 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, 통신 수단, 제어 수단, 연산 장치를 구비하고, 상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단은 각각 접속된 전원 플러그를 통해 하나 이상의 가전 각각에 공급되는 전력의 전압 파형 및 전류 파형을 계측하는 수단이며, 상기 통신 수단은, 이 전압 파형 및 이 전류 파형 또는 이들 파형을 처리한 결과를 스마트 탭과는 별도의 장소에 설치된 서버에 송신하고, 이 서버에서 연산된 결과에 기초하는 제어 신호를 수신하는 수단이며, 제어 수단은 이 제어 신호에 기초하여 가전에 공급되는 전력의 스위칭 및 공급 전력량을 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 스마트 탭.
2. 제어 수단이 서버로부터 받은 공급 가능한 전력량에 관한 데이터에 기초하여, 전원 플러그가 접속된 각 가전에의 공급 전력량을 제어하는 기능도 가지며, 상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단으로부터 얻어진 파형을 해석하여 이 각 가전의 상태 인식·이상을 검지하는 검지 수단, 및 건축물 내에 설치된 센서로부터의 검지 결과를 이 서버에 송신하기 위한 검지·통신 수단을 더 구비하는 1에 기재된 스마트 탭.
3. 복수의 전원으로부터 공급을 받기 위한 1 또는 2에 기재된 스마트 탭.
4. 스마트 탭이 가옥의 벽부, 천장부, 바닥부 등에 매립되는 매립형 콘센트, 매립형 콘센트나 탭에 접속되는 탭인 1 또는 2에 기재된 스마트 탭.
5. 계통 전력, 태양광 발전(PV), 풍력 발전, 소(小)수력 발전, 연료 전지나 축전지 등의 복수의 전원으로부터 선택된 단일 전원 또는 복수 전원을 시설에 인입하고, 이 시설에 설치되는 3에 기재된 스마트 탭.
6. 하나 또는 2개 이상의 전원 플러그를 삽입할 수 있는 스마트 탭으로서,
이 스마트 탭은, 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, 소비 전력량을 계측하기 위한 전류 계측 수단 및 전압 계측 수단, 연산 장치, 통신 수단을 구비하고,
상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단은 각각 접속된 전원 플러그를 통해 하나 이상의 가전 기기 각각에 공급되는 전력의 전압 파형 및 전류 파형을 계측하는 수단이며,
상기 전류 계측 수단 및 상기 전압 계측 수단은 각 가전 기기에 공급되는 전류 및 전압을 계측하고,
상기 연산 장치는 상기 전류 계측 수단 및 상기 전압 계측 수단에서 계측되어 얻은 전류값 및 전압값으로부터 소비 전력량을 구하는 수단이며,
상기 통신 수단은, 상기 전압 파형, 상기 전류 파형, 및/또는 각 가전 기기의 계측 및 산출된 상기 소비 전력량을 스마트 탭과는 별도의 장소에 설치된 서버에 송신하고, 이 서버에서 연산된 결과에 기초하는 제어 신호를 수신하는 수단인 것을 특징으로 하는 스마트 탭.
7. 리모콘 조작에 의해 전력 제어 기능을 갖는 가전 기기용으로서, 가전 기기의 리모콘 기능을 구비하고, 서버로부터의 전력 삭감의 요청에 기초하여, 이 가전 기기 리모콘 기능을 경유하여 가전 기기에의 전력 공급량을 조정 및 ON/OFF할 수 있는 6에 기재된 스마트 탭.
8. 복수의 전원으로부터 공급을 받기 위한 6 또는 7에 기재된 스마트 탭.
9. 스마트 탭이 가옥의 벽부, 천장부, 바닥부 등에 매립되는 매립형 콘센트, 매립형 콘센트나 탭에 접속되는 탭인 6 또는 7에 기재된 스마트 탭.
10. 계통 전력, 태양광 발전(PV), 풍력 발전, 소수력 발전, 연료 전지나 축전지 등의 복수의 전원으로부터 선택된 단일 전원 또는 복수 전원을 시설에 인입하고, 이 시설에 설치되는 8에 기재된 스마트 탭.
11. 하나 또는 2개 이상의 전원 플러그를 삽입할 수 있는 스마트 탭으로서,
이 스마트 탭은, 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, 소비 전력량을 계측하기 위한 전류 계측 수단 및 전압 계측 수단, 연산 장치, 통신 수단, 제어 수단을 구비하고,
상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단은 각각 접속된 전원 플러그를 통해 하나 이상의 가전 기기 각각에 공급되는 전력의 전압 파형 및 전류 파형을 계측하는 수단이며,
상기 전류 계측 수단 및 상기 전압 계측 수단은 각 가전 기기에 공급되는 전류 및 전압을 계측하고,
상기 연산 장치는 상기 전류 계측 수단 및 상기 전압 계측 수단에서 계측되어 얻은 전류값 및 전압값으로부터 소비 전력량을 구하는 수단이며,
상기 통신 수단은, 상기 전압 파형, 상기 전류 파형, 및/또는 각 가전 기기의 계측 및 산출된 이 소비 전력량을 스마트 탭과는 별도의 장소에 설치된 서버에 송신하고, 이 서버에서 연산된 결과에 기초하는 제어 신호를 수신하는 수단이며,
제어 수단은 이 제어 신호에 기초하여 가전 기기에 공급되는 공급 전력량을 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 스마트 탭.
12. 제어 수단이 서버로부터 받은 공급 가능한 전력량에 관한 데이터에 기초하여, 전원 플러그가 접속된 각 가전 기기에의 공급 전력량을 제어하는 기능을 가지며,
상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단으로부터 얻어진 파형을 해석하여 이 각 가전 기기의 상태 인식·이상을 검지하는 검지 수단을 더 구비하고,
통신 수단은, 건축물 내에 설치된 센서의 검지 결과 및/또는 가전 기기로부터의 제어 신호를 수신하여 상기 서버에 송신하는 기능을 갖는 것인 11에 기재된 스마트 탭.
13. 리모콘 조작에 의해 전력 제어 기능을 갖는 가전 기기용으로서, 가전 기기의 리모콘 기능을 구비하고, 서버로부터의 전력 삭감의 요청에 기초하여, 이 가전 기기 리모콘 기능을 경유하여 가전 기기에의 전력 공급량을 조정 및 ON/OFF할 수 있는 11 또는 12에 기재된 스마트 탭.
14. 상기 제어 수단은, 반도체 릴레이 또는 기계식 릴레이 또는 반도체 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 11에 기재된 스마트 탭.
15. 상기 통신 수단을 스마트 탭의 콘센트 삽입구측의 정면의 비금속 재료로 이루어지는 패널의 이면에 설치하고, 상기 제어 수단의 발열부를, 방열을 위해 절연성 전열 부재를 개재해 케이스에 고정하는 것을 특징으로 하는 14에 기재된 스마트 탭.
16. 상기 제어 수단이 MOSFET을 포함하는 것을 특징으로 하는 14 또는 15에 기재된 스마트 탭.
17. 상기 MOSFET의 발열량이 8 W 이하인 16에 기재된 스마트 탭.
18. 상기 MOSFET의 발열량이 1 W 이하인 17에 기재된 스마트 탭.
19. 복수의 전원으로부터 공급을 받기 위한 11 또는 12에 기재된 스마트 탭.
20. 스마트 탭이 가옥의 벽부, 천장부, 바닥부 등에 매립되는 매립형 콘센트, 매립형 콘센트나 탭에 접속되는 탭인 11 또는 12에 기재된 스마트 탭.
21. 계통 전력, 태양광 발전(PV), 풍력 발전, 소수력 발전, 연료 전지나 축전지 등의 복수의 전원으로부터 선택된 단일 전원 또는 복수 전원을 시설에 인입하고, 이 시설에 설치되는 19에 기재된 스마트 탭.
가전 기기의 사용 상태에 따라 가전 기기 간의 우선도를 변경할 수 있기 때문에, 사용자에게 있어서 필요한 타이밍에 필요로 하는 전기 기기를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 탭에 의하면, 미리 설정된 사용자가 사용하는 전력 사용 패턴 등에 따라 전력의 공급을 제어할 수 있기 때문에, 가전 기기를 사용하는 사용자가 특단의 불편을 느끼지 않고, 미리 설정된 전력 사용 패턴으로 전력을 사용할 수 있다. 또한, 사용자가 전원을 ON으로 한 가전 기기의 소비 전력에 따라 사용할 수 있는 가전 기기의 사용의 우선도를 변경하고 있기 때문에, 실시간으로 전력의 공급을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 탭은, 공급측의 전력 삭감 요청을 확실하게 만족시키도록 자동으로 제어할 수 있기 때문에, 새로운 수고를 늘리지 않고, 필요한 가전 기기를 이용하면서, 공급측의 요청에 대하여 수요측의 전력 삭감률을 보증할 수 있는 시스템이다.
사용 전력의 상한을 보증하는 전력 조정 수단을 도입함으로써, 절전율이나 피크 삭감률을 보증할 수 있다. 이 때문에 종래형 HEMS 대신에 온디맨드형 전력 제어 시스템을 실현할 수 있다.
또한, 매립형 스마트 탭의 발열량을 저하시키는 것에 의해, 스마트 탭의 박스 전체면을, 알루미늄 등의 열전도성이 높고 방열 효과를 기대할 수 있는 금속에 의해 구성할 필요가 없어졌다. 이 때문에, 건물의 벽 등에 매립되는 스마트 탭에 있어서, 금속 방열판을 수지 케이스 외부에 설치하지 않고, 탭 박스를 전파가 통과할 수 있기 때문에 통신 수단의 전파를 차폐하지 않으며, 콘센트 박스 내에 설치된 통신 수단에 의해 외부와의 통신이 가능해진다.
또한, 보다 큰 전력 플로우를 요하는 가전 기기의 전원 플러그를 스마트 탭에 접속하여도, 전력 제어 디바이스가 저저항이기 때문에 이들 수단에 의해 과열되지 않으므로, 콘센트 내에 열에 약한 수정 발진기를 사용하는 부품 등을 설치할 수 있고, 또한 이러한 큰 전력 플로우를 필요로 하는 가전 기기를 대상으로 하여 전력을 공급 제어할 수 있다. 더 나아가서는 건물 내의 가전 기기·전기 기기 모두에 이 스마트 탭을 통해 전력을 공급하면, 전원 플러그를 접속하여 이루어지는 전원에 의해, 이들의 운전 제어를 행하는 것이 가능해진다.
또한, 매립형 스마트 탭에 있어서, 통신 수단의 통신성을 향상시키는 스마트 탭 구조(도 7, 도 8)에 의해, 통신 수단 위에 금속 부품이 없기 때문에 통신 저해를 일으키지 않고, 통신성을 개선할 수 있다. 이에, 도 7, 도 8의 스마트 탭 구조에서는, 플러그를 삽입하는 표면의 반대측 이면의 케이스를 방열성이 높은 금속 케이스로 바꿀 수 있어, 발열의 원인이던 MOSFET의 열을 절연성의 방열재를 통해 금속 케이스에 방열함으로써, 탭 내의 온도도 80℃ 또는 70℃ 이하로 유지할 수도 있다. 이것에 의해 발열량이 낮은, 즉 온 저항이 낮은 MOSFET 이외의 MOSFET의 이용도 가능하게 할 수 있다.
이 때문에, 전력의 계측이나 전류·전압 파형을 송신하는 통신 수단을, 스마트 탭의 콘센트 삽입구측 정면의 수지 재료로 이루어지는 패널의 이면에 구성한다. 이 경우, 통신 디바이스의 수신부 주변은 비금속 재료이기 때문에, 통신성은 저하되지 않는다. 한편 전력 제어 디바이스부의 발열부는 통신 디바이스의 더 안쪽에 설치되어, 금속 케이스나 금속성 히트 싱크에 절연성 등의 방열재(시트, 접착 시트)를 통해, 방열함으로써, 스마트 탭 내부 및 케이스의 온도를 80℃ 이하로 할 수 있다. 즉, 탭에서의 통신성을 손상하지 않고, 발열을 억제할 수 있어, 탭의 각 디바이스의 수명을 저감하지 않고, 온 저항의 작은 전력 제어 디바이스를 사용하지 않고 저렴한 디바이스를 사용할 수 있다.
또한 스마트 탭의 구조로서, 통신 수단을 통신성을 저하시키지 않는 비금속 수지의 이면에 구성하고, 그 안쪽에 전력 제어 디바이스를 설치하는 경우, 고열전도이며 절연성이 있는 고열전도 수지 복합 재료의 케이스를 이용하여, 발열부와 이 절연성 고열전도 수지 케이스 사이에 절연성이 있는 방열재를 두고 설치할 수도 있다.
이것에 의해, 통신성을 손상하지 않고, 발열을 저감 가능하게 하며, 저렴한 제어 디바이스를 사용할 수 있다.
이와 같이, 통신 디바이스를 스마트 탭의 내부, 특히 금속 등의 통신 저해가 낮은 부분에 설치할 수 있고, 예컨대 측면에 구성하는 구조에서는, 통신 저해가 낮은 수지 케이스를 사용하는 구조가 된다. 이에 전력 제어 디바이스로서는, 발열량이 적은, 즉 온 저항값이 작은 디바이스를 선택함으로써, 발열량을 80℃ 이하로 할 수 있다.
이 결과, 특히 큰 전력 플로우를 요하는 가전 기기의 운전 제어를 행함으로써, 일정 기간의 건물 내에서의 가전 기기 전체의 전력 사용량을 효과적으로 삭감할 수 있다.
본 발명의 매립형 스마트 탭을 사용함으로써, 조명 등과 같이 벽이나 천장에 매립된 가전 기기를 포함하는 모든 가전 기기에 무리하게 테이블 탭을 접속하지 않고, 집전체의 전력 사용량을 검지하면서, 임의의 가전 기기가 사용하는 전력의 피크 커트나, 임의의 가전 기기에 공급되는 전력량의 삭감, 임의의 가전 기기가 운전하는 시간의 시프트 등을 행하는 것이 가능해진다.
서버로부터의 요청에 의한 상한 전력값 및 피크 커트 전력값에 대하여, 이 스마트 탭은, 반도체 디바이스에 의해 이들의 전력값 이하가 되도록, 각 가전 기기의 (1) 전력의 차단, (2) 전력량의 조정을 행하는 것이 가능해진다. 더 나아가서는, 적외선 리모콘 기능을 탑재함으로써, ON/OFF나 전력 삭감의 조정도 가능해진다.
또한, 이 콘센트에 장비되는 전력량 조정 수단으로서, 반도체 릴레이(SSR: Solid State Relay)나 기계식 릴레이나 반도체 디바이스(트라이액 및 MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 이용할 수 있다. 그러나, 피크 커트 전력값을 초과하지 않도록 제어하기 위해서는, 기계식이나 반도체 릴레이를 설치하여 ON/OFF를 제어하는 것은 가능하지만, 이러한 기계식 릴레이는 응답 속도가 느리다고 하는 성질을 갖는다.
응답 속도가 느리다는 것은, 응답이 완료되는 사이에 가전 기기가 요구하는 전력량이 갑자기 증대한 경우에는, 전력량의 제어가 좇아가지 못하고 피크 커트 전력값을 초과할 가능성이 있다. 이 때문에, 이러한 것의 발생을 방지하도록, 응답 시간이 늦어져도 피크 커트 전력값을 초과하지 않는 것을 보증하기 위해 전력량의 마진을 크게 취해야 하고, 예컨대 100 W의 상한에 대하여 70 W-80 W를 상한값으로 하는 등의 제어를 해야 한다. 그러나, 응답 시간이 늦어져도 좋은 가전 기기에 대해서는 유효하게 사용할 수 있다.
이에 바람직하게는 이 스마트 탭에 장비하는 응답 속도가 빠른 반도체 디바이스를 이용함으로써, 전력의 상한값을 초과하지 않는 조정에는 작은 마진 설정으로 조정이 가능해져, 상한값을 초과하지 않는 조정이 담보하기 쉬워졌다. EoD 시스템의 특징은 전력의 생활 사용 계획에 대한 순간의 피크 전력의 실시간에서의 대응에 의한 적산 시의 피크 커트를 담보하는 것이며, ON/OFF 등의 스위칭 기능이나 전력 제어에는 고속 응답성이란 면에서 반도체 디바이스>반도체 릴레이>기계식 릴레이의 순이 바람직하다. 또한 사이즈 면에서도 반도체 디바이스가 보다 바람직하다.
도 1은 헤어 드라이어와 청소기의 전압·전류 파형
도 2는 건축물에서의 온디맨드형 전력 제어 시스템을 위한 매립형 콘센트 및 탭 설치도
도 3a는 소비 전력의 추이로부터 본 본 발명에 의한 제어 결과
도 3b는 소비 전력의 추이로부터 본 본 발명에 의한 제어 결과
도 4는 본 발명의 스마트 탭의 구성을 도시한 개략도
도 5는 복수 전원 사용 시의 본 발명의 실시 상황을 도시하는 도면
도 6은 본 발명의 각 수단의 배치도
도 7은 본 발명의 각 수단의 다른 배치도
도 8은 본 발명의 각 수단의 다른 배치도
도 9는 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 순간 전력의 그래프를 도시하는 도면
도 10은 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 순간 전력의 그래프를 도시하는 도면
도 11은 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 적산 전력량의 그래프를 도시하는 도면
도 12는 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 적산 전력량의 그래프를 도시하는 도면
도 2는 건축물에서의 온디맨드형 전력 제어 시스템을 위한 매립형 콘센트 및 탭 설치도
도 3a는 소비 전력의 추이로부터 본 본 발명에 의한 제어 결과
도 3b는 소비 전력의 추이로부터 본 본 발명에 의한 제어 결과
도 4는 본 발명의 스마트 탭의 구성을 도시한 개략도
도 5는 복수 전원 사용 시의 본 발명의 실시 상황을 도시하는 도면
도 6은 본 발명의 각 수단의 배치도
도 7은 본 발명의 각 수단의 다른 배치도
도 8은 본 발명의 각 수단의 다른 배치도
도 9는 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 순간 전력의 그래프를 도시하는 도면
도 10은 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 순간 전력의 그래프를 도시하는 도면
도 11은 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 적산 전력량의 그래프를 도시하는 도면
도 12는 전력 사용 계획을 10%, 30% 삭감한 적산 전력량의 그래프를 도시하는 도면
본 발명의 스마트 탭은 오로지 홈 네트워크에서의 온디맨드형 전력 제어 시스템(EoD 시스템)에 사용할 수 있다. 이 시스템은 사용하는 전력량의 일정 기간 내 또는 순간의 상한값을 정해 두고, 그 범위 내에서 수요측을 제어하면서 사용자의 생활의 질을 손상하지 않도록, 사용자의 우선도가 높은 중요한 가전 기기 및 전기 기기(이하 합쳐서 「가전 기기」라고 함)부터 전력을 공급하도록 제어하는 온디맨드형 전력 제어 시스템이며, 상기한 바와 같이 별도로 설치한 홈 서버(이하, 「서버」라고 함)와 함께 사용된다.
이 시스템은, 전력 공급자 주체의 "푸시형"(또는 디맨드 리스폰스형)의 전력 네트워크를 사용자, 소비자 등 전력의 수요가측 주도형의 "풀형"(온디맨드형)으로 180도 전환하고자 하는 것이다. 하나 또는 둘 이상의 가정 중에서, 여러 가지 가전 기기의 전력 요구, 예컨대 에어컨이나 조명 등의 요구에 대하여, 서버가 「가전 기기의 어느 요구가 가장 중요한 것인지」라는 것을, 사용자의 이용 형태로부터 유추하여, 우선도가 높은 중요한 가전 기기부터 전력을 공급하도록 제어(이하, 「가전 기기의 동적 우선도 제어」라고 함)하는 시스템에 특히 적합하다.
상기 EoD 시스템을 사용하는 것에 따른 최대의 변화는, 수요측에서 에너지 절약, CO2 배출 삭감을 할 수 있게 되는 것이다. 예컨대 이용자가 미리 일정 기간의 전기 요금 또는 일정 기간의 전력량을 20% 커트한다고 하는 지시를 서버에 세팅하면, 가전 기기의 동적 우선도 제어에 의해 그 20%분 커트한 전력밖에 흘리지 않는다고 하는 이용자 주체의 대처가 가능하게 되어, 에너지 절약, CO2 배출의 삭감이 실현되는 시스템이다.
또한, 그 가전 기기의 우선도에 관해서도, 이용자가 임의로 설정할 수도 있고, 계절, 기상, 온도, 습도, 시간 등에 따라, 미리 설정한 프로그램에 의해 설정하는 것도 가능하다. 또한 이 EoD 시스템은, 공급하는 전력의 계획이나 상한에 기초하여, 자동적으로 어느 가전 기기에 우선적으로 전력을 공급할지를 수시 결정하고, 그 결과에 기초하여, 가전 기기의 우선 순위에 기초하는 전력을 각 가전 기기에 공급할 수 있다. 또한, 이러한 공급하는 전력의 계획이나 상한에 더하여, 생활자의 행동 패턴을 학습함으로써 전력 사용 모델을 구축한 후에, 그 모델을 따라, 가전 기기의 우선도를 결정하는 것도 가능하다.
이들의 경우에는, 전력 공급의 계획이나 상한, 생활자의 생활 패턴, 및 학습하여 얻은 생활자의 생활 패턴에 기초하여, 전력 사용 모델을 구축하고, 전력 사용 계획을 설정할 수 있으며, 그것에 대하여, 순간의 피크 전력값을 실시간으로 계측 비교, 산출하면서, 적산 시의 피크 전력값을 초과하지 않는 제어 시스템으로 할 수도 있다.
이와 같은 EoD 시스템은, 콘센트나 탭에 접속된 가전 기기에 공급하는 전력의 전압 파형이나 전류 파형이나 전압값, 전류량으로부터, 가전 기기마다 필요로 하는(가전 기기가 요구하는) 실시간에서의 전력량, 즉 요구 전력량, 콘센트나 탭 내부에서 계측하는 것을 기본으로 한다. 또한 그 계측은 하기에 나타내는 매우 높은 샘플링 레이트에 의해 이루어진다. 그 계측 결과를 콘센트나 탭 내의 연산 장치에서 연산하고, 전압 파형 및 전류 파형의 패턴으로서 인식·해석한다.
각 가전 기기에 공급하는 전력의 전압 파형 및 전류 파형은 각 가전 기기마다 상이한 패턴을 갖는 경우가 많다. 즉, 현재에 있어서, 가전 기기는 내부에 스위칭 전원이나 인버터 등의 제어 장치를 구비하기 때문에, 1 교류 주기 내의 전류 파형에는 각 가전 기기마다 특징적인 파형이 나타난다. 이 때문에, 예컨대 소비 전력이 동일하여도 전압·전류 파형이 상이한 경우가 많고, 이러한 전압·전류 파형의 패턴을 서버 등에 데이터베이스화해 둠으로써, 콘센트나 탭에 접속된 가전 기기가 어떤 것인지를 식별하거나, 각각의 가전 기기의 운전 상황, 문제점의 발생 등을 검지하는 것이 가능하다.
그리고, 각 스마트 탭으로 인식·해석된 결과를 서버에 송신하고, 서버에서 각 가전 기기의 운전 상황, 즉 어떤 가전이 운전중인지, 및 어떤 가전의 전원이 ON되었는지, 또한 요구 전력량, 공급 가능한 전력량, 전기 기기의 우선도 등을 바탕으로 판단하여, 필요에 따라 개별의 가전 기기에의 공급 전력량을 제어하기 위한 신호를 각 스마트 탭을 향해 송신한다. 이 때의 송신을 패킷 통신 등에 의해 행할 수 있다.
그리고 각 스마트 탭은 패킷을 수신하고, 이 명령에 기초하여 접속된 가전 기기에의 전력 공급을 제어한다. 이 때문에, 전원이 ON이 된 직후의 가전 기기에 대해서도, 운전을 시작하는 것이 아니라, 다음에 전력 공급의 명령을 받을 때까지는 대기 상태로 할 수도 있고, 운전중인 가전 기기를 OFF 상태로 하거나, 공급하는 전력을 삭감 또는 증가시키는 것도 가능하다.
이하에 본 발명에 대해서 설명한다.
본 발명에서의 스마트 탭은, 소위 테이블 탭 등의 스마트 탭으로서 건축물의 벽면 등에 매립된 콘센트에 접속하여 사용하는 장치여도 좋고, 건축물의 벽면, 기둥, 천장, 바닥, 가구 등의 구조물이나 설비에 매립되는 매립형 콘센트여도 좋은, 가전 기기가 갖는 전원 플러그를 직접 접속하여, 이 가전 기기에 대하여 전력을 공급할 수 있는 장치이다. 이들 스마트 탭은 1구(口)여도 2구여도 좋고 3구 이상이어도 좋으며, 그 형상에 대해서도 특별히 제한되는 것이 아니다. 그리고 이 콘센트나 탭에 접속되는 가전 기기로서는 가정이나 집합 주택용으로 사용되는 소위 가전 기기, 또는 사무실·빌딩이나 테넌트나 병원이나 사업소 등에 설치되는 전기 기기 등을 포함한다.
또한, 본 발명의 스마트 탭에 종래의 2구 이상 소위 테이블 탭이나 콘센트를 분기하기 위한 탭 등을 접속하고, 이 테이블 탭에 복수의 가전 기기를 접속하여도 좋다. 이 경우에서도, 접속한 복수의 가전 기기가 직접 접속된 스마트 탭을 통해 전기 기기를 개별로 검지·제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 탭에 추가로 2구 이상의 본 발명의 스마트 탭을 접속하는 것도 가능하고, 그 때에는, 각각의 스마트 탭을 기능시키는 것이나, 어느 한쪽의 스마트 탭을 기능시킬 수도 있다.
본 발명에서의 매립형 스마트 탭에서 사용 가능한 전압 파형 측정 수단으로서는, 실시간의 전압 파형을 측정하는 공지의 제어용 측정 수단이어도 좋고, 전류 파형 측정 수단과 마찬가지로 매립형 스마트 탭 내에 수납 가능한 크기의 범위에 있어서, 임의의 범용 측정 수단을 채용할 수 있다.
본 발명에서의 매립형 스마트 탭에서 사용 가능한 전류 파형 측정 및 소비 전력을 계측하기 위한 전류 계측 수단으로서는, 실시간의 전류 파형을 측정하는 공지의 제어용의 측정 수단이어도 좋고, 매립형 스마트 탭 내에 수납 가능한 크기의 범위에 있어서, 예컨대 CT, 션트, 로고스키코일식 등의 범용 측정 수단을 채용할 수 있다.
또한, 전력량을 구하는 수단은 측정된 전류 및 전압의 계측값에 기초하여 전력량을 구하기 위한 수단이다.
본 발명에서의 통신 수단으로서는, 가정 내에서 별도의 장소에 설치된 서버 사이에서, 전압 파형, 전류 파형, 이들 파형을 처리하여 이루어지는 데이터, 또한 전원 플러그가 접속된 가전 기기의 속성 및 연산 장치에서 계산된 소비 전력량, 가전 기기가 ON이 되었을 때의 요구 전력 메시지 등, 후술하는 EoD 시스템에서의 각종 데이터를 서버에 송신하고, 서버에서 조정되어 얻어진 가전 기기를 제어하는 것에 요하는 데이터, 즉, 전원이 ON이 되어 전력의 공급을 요구하는 가전 기기에 대하여, 다른 작동중인 가전 기기를 포함하는 각 가전 기기의 전력 공급의 우선도, 및 요구 전력량 등을 연산하여 이루어지는 결과인, 이 가전 기기에의 전력 할당 메시지를, 수신할 수 있는 수단인 것을 기본으로 한다.
이 통신은 패킷 통신이어도 좋고, 임의의 타이밍으로 이루어지는 것이다.
그리고 통신 수단에는 수정 발진기 등의 발진 회로를 구비할 수 있다.
이와 같은 통신 수단에는 ZigBee 모듈(예컨대 2.4 ㎓, 920 ㎒ 등)을 채용할 수 있고, Z-Wave, Bluetooth(등록상표), DECT(1.9 ㎓대)나 극초단파 950 ㎒대 등 다른 공지의 무선 통신 수단도 채용할 수 있다.
또한 무선 통신 수단 이외에 유선 통신 수단으로서 PLC 등도 이용할 수 있다.
ZigBee 규격에 의하면 통신 속도는 느리지만, 그 규격의 특징으로서, 메시형 또는 스타형 등 네트워크 중계 기능을 활용함으로써, 다른 스마트 탭에 대하여, 중계기로서 기능시킬 수 있다. 이 때문에, 네트워크를 유연하게 확장할 수 있어, 고장에 의한 통신 경로 장해에 대한 자기 수복성에 의해, 서버와의 사이에 확실하게 데이터를 송수신하는 것이 가능하다. 또한, 소비 전력이 매우 적기 때문에, 건축물 내의 모든 콘센트에 설치한 경우라도 합계 소비 전력도 또한 매우 적다고 하는 이점도 갖는다.
본 발명의 스마트 탭에서의 통신 수단의 배치 지점으로서, 특히 무선 통신 수단을 채용할 때는, 콘센트와 나열된 스마트 탭 전면(前面)의 수지 등의 전파를 차단하지 않는 재료로 이루어지는 패널의 내측으로 하는 것이 바람직하다. 스마트 탭이 벽 등에 매립되는 형식의 경우, 그 전면은 실내를 향하고 있기 때문에, 이 무선 통신 수단으로부터 발신된 통신 데이터가 직접 실내를 향하게 되어, 서버 등에의 도달성이 향상한다. 반대로, 서버 등이 발신한 신호를, 실내를 향하게 한 무선 통신 수단에 의해 확실하게 수신할 수 있다.
본 발명에서의 제어 수단에 관해서는, 서버에서 연산된 결과에 기초하는 제어 신호를 받아, 연산 장치에서의 처리를 통해 가전 기기마다 공급하는 전력량을 제어하는 수단이며, 더 나아가서는 가전 기기에 공급되는 전력의 스위칭 및 공급 전력량을 제어하는 수단이다. 또한 여기서, 이 스위칭은 가전 기기에의 전력의 공급을 정지 또는 시작하는 것이다. 본 발명에서는 반도체 릴레이, 특히 위상 제어 등을 행하는 MOSFET이 사용된다. 접속하는 가전 기기에 따라 공급하는 전력 플로우가 상이하기 때문에, 반도체 디바이스 자체의 온 저항값에 따라서는, 콘센트나 탭의 전원 플러그를 접속하는 1구(口)당, 상용 전력이 교류이기 때문에, 적어도 1개 또는 2개 이상으로서 4 내지 8개 정도까지의 반도체 디바이스를 설치할 수 있다. 통상 사용되는 일본 내 가전 기기의 최대 소비 전력은 1500 W까지이며, 일본의 경우에는 일반적인 콘센트의 전압이 100 V이기 때문에 15 A까지의 전류가 하나의 콘센트에 흐르는 것을 고려하여 제어 수단의 발열량을 고려하면 이하와 같다. 또한 일본에서의 200 V용 콘센트나, 일본 이외의 콘센트의 전압이 예컨대 200 V인 나라나 지역에서는 7.5 A까지의 전류가 투입된다.
반도체 디바이스로서는, 트라이액이나 MOSFET, 더 나아가서는 SSR(솔리드 스테이트 릴레이) 등의 비제로 크로스 방식의 수단 등을 이용할 수 있다.
특히 MOSFET은 전력량을 제어하기 위한 소비 전력이 작고, 이 때문에 발열량도 적다. MOSFET은 발열량의 점에서 트라이액보다 바람직하고, 트라이액의 온 저항은 0.1 Ω이기 때문에, 15 A, 1.5 ㎾일 때에 23.25 W의 발열량이지만, 예컨대 MOSFET은 온 저항이 0.038 Ω인 경우에, 2.1 W의 발열량으로 명백히 발열량이 저감된다.
MOSFET으로서는, Si, SiC, GaN 등을 사용할 수 있고, 또한 온 저항이 낮은 MOSFET인 것이 바람직하다.
이들의 반도체 디바이스에 의한 제어는, 그 응답 속도가 높은 것이 공통된 장점이며, 가전 기기에 공급하는 전력을 제어할 때에, 가능한 한 빠른 응답 속도가 요구되는 경우에는 매우 유효하다. 그러나, 빠른 응답 속도가 요구되지 않는 경우에는, 제어 수단으로서 반도체 릴레이 또는 기계식 릴레이를 채용할 수도 있다. 예컨대 새롭게 전력을 공급해야 하는 가전 기기가 운전 시작 후, 정해진 시간에 그만큼 전력을 필요로 하지 않는 가전 기기인 경우에는, 그 정해진 시간을 활용하여, 기계식 릴레이에 의해 다른 가전 기기에의 전력의 공급을 제어하는 등, 다른 가전 기기의 제어에 시간의 여유가 있는 경우 등이다. 기계식 릴레이를 사용한 경우에도 MOSFET과 마찬가지로 제어시의 발열량은 적기 때문에, 연산 장치나 통신 수단에 부여하는 열적 영향은 작은 것이다.
본 발명에서의 연산 장치는 마이크로컴퓨터 등이며, 전류 파형 계측 수단으로부터 얻어진 전류 파형, 및 전압 파형 계측 수단을 기초로 하여, 콘센트에 접속된 가전 기기가 어떤 것인지를 인식하는 연산 장치이며, 전류 파형 및 전압 파형, 접속된 가전 기기명을 서버에 보내기 위한 연산 장치이다. 또한 전류 파형 계측 및 전압 파형 계측으로부터 얻어진, 유효 전류와 유효 전압으로부터 유효 전력량, 즉 소비 전력량·요구 전력량을 산출하는 연산 장치이기도 하다.
이러한 콘센트에 접속된 가전 기기가 어떤 것인지를 인식하는 단계는, 예컨대 가전 기기를 콘센트에 접속했을 때에 행하는 등, 가전 기기를 ON으로 하는 시점보다 이전에 행할 수 있고, 또는 콘센트에 가전 기기를 접속한 후, 그 가전 기기를 ON으로 했을 때에 처음으로 그 가전이 어떤 것인지를 인식하여도 좋다.
이 때, 접속된 가전 기기를 ON으로 한 직후부터 0.1 또는 0.5초 내지 2초 경과 후까지 스마트 탭 내에서 전력 파형을 계측하고, 이것을 서버에 송신함으로써, 이 서버 내에서 미리 등록된 전력 파형과 대조함으로써, ON이 된 가전 기기를 특정할 수 있다.
그 후에, 그대로 이 가전 기기에 전력을 공급하여도 좋고, 또한 일단 이 가전 기기를 OFF 상태로 하여, 그 사이에 공급해야 하는 전력을 서버 내에서 연산하고, 이 스마트 탭에 송신하여 이 가전 기기에의 전력의 공급 또는 공급의 휴지를 실행시킬 수도 있다.
또한, 가전 기기의 인식을 콘센트에 접속했을 때에 행하면, 그 후에 이 가전 기기를 ON으로 했을 때에, 매우 조속히 스마트 탭을 제어할 수 있지만, 가전 기기를 ON으로 했을 때에 접속된 가전 기기를 인식하도록 하면, 이 가전 기기를 ON으로 한 후, 그 가전 기기를 제어할 때까지 약간의 시간을 요한다.
또한, 통신 수단을 통해 서버로부터 얻어진 공급 메시지로서의 전압 제어 신호 및 전류 제어 신호에 기초하여 가전 기기가 접속된 콘센트에의 전력 공급을 제어하는 MOSFET 등을 향해 연산된 신호를 보내는 기능도 갖는다.
또한, 서버에서는, 각 가전 기기마다의 요구 전력량과 단독 또는 복수개의 전원으로부터의 공급 가능한 전력 조정의 연산을 행하고, 가전 기기의 우선도에 기초하여 가전 기기에의 전력 공급을 제어하는 것이며, 이것에 의해, 가옥 등마다 절전 및 피크 커트를 행하는 것이다. 그리고, 운전중인 가전 기기에 대해서는 운전 정지나 중단, 또는 가전 기기에의 공급 전력의 삭감을 행하거나, 또는 공급 전력을 증가시킬 수 있다.
그 결과, 또한 전원이 ON이 된 직후의 가전 기기에 대해서는, 그 가전 기기가 요구하는 전력을 공급하거나, 요구하는 전력 중 어느 정도만 전력을 공급하거나, 또는 요구된 전력을 공급하지 않고, 이후의 제어를 행하는 타이밍까지 가전 기기의 운전 시작을 대기시킬 수도 있다.
스마트 탭 부품의 수명의 점에서 마이크로컴퓨터의 주변 온도는 80℃ 이하가 좋고, 통신 수단의 수명의 점에서 바람직하게는, MOSFET의 발열량은 8 W 이하이다.
또한, 통신 저해를 일으키지 않는 콘센트 삽입구측의 정면의 수지 등의 비금속제 재료로 이루어지는 패널의 이면측에 통신 수단을 설치한 경우, MOSFET의 발열부를 절연성의 방열 재료, 방열 시트, 방열 접착 시트를 통해, 콘센트 정면의 반대측의 이면에 금속 케이스(Al 등) 또는 금속성의 히트 싱크 등에 방열할 수 있는 구조가 된다. 한편 통신 저해를 일으키는 금속 부재로 이루어지는 콘센트 전면 부재를 채용하는 경우는, 통신 수단을 스마트 탭에 내장하기 때문에, 특히 통신성의 저하를 억제하기 위해, 수지 등의 비금속제의 케이스가 선택된다. 그렇기 때문에 MOSFET의 발열량은 상기 금속 케이스보다 방열성이 나빠지기 때문에, MOSFET의 발열량은 1 W 이하가 바람직하다.
즉, 스마트 탭의 제품 수명이나 안전성의 관점에서 전력 제어 디바이스의 발열을 80℃ 이하로 하도록, 1개당 MOSFET에의 투입 전류를 저감시키는 병렬 접속 구조나, 투입 전력을 저감시키지 않는 직렬 접속 구조(즉, 콘센트 1구당 전력 제어 디바이스를 2개)를 채용할 수 있다.
또한 통신 수단에 영향을 부여하지 않는 방열판을 스마트 탭 케이스 자체가 아니라, 디바이스 실장의 내부에 구성할 수 있고, 또는 하기와 같이 스마트 탭의 케이스를 금속제로 한 것에 의한 방열성을 고려하여 전력 제어 디바이스를 절연성 방열 시트를 통해 케이스에 접속할 수도 있다.
특히, 상기와 같이, 통신 수단을 스마트 탭의 수지 등의 전파를 통과시키는 것이 가능한 재료로 이루어지는 전면 패널의 내측에 배치하는 경우에는, 통신 수단이 이 패널을 통과하는 전파에 의해 통신을 행할 수 있기 때문에, 스마트 탭의 케이스를 전파가 투과하지 않는 금속제로 할 수 있다.
이 때에는, 이 금속제의 케이스가 방열판으로서의 작용을 겸하기 때문에, FET 등의 제어 수단을 절연성 방열 시트(예컨대 0.5 W/mK∼20 W/mK) 등의 공지의 방열용 재료를 통해 이 케이스에 접속할 수 있다. 그 결과, 이 제어 수단이 발생하는 열을 이 절연성 방열 시트를 통해 케이스로부터 주위에 방열시키는 것이 가능해진다. 이 경우, 케이스의 외부에 방열용의 핀 등을 설치할 수도 있다. 또한 금속 케이스 대신에 절연성이 있는 BN이나 ALN 등의 고열전도 수지 복합재로 이루어지는 수지를 케이스로서 사용할 수도 있다.
이 때문에, 하나의 제어 수단의 발열량이 비록 8 W 정도라고 해도, 케이스로부터 스마트 탭 외부에 방열됨으로써, 이 통신 수단의 온도 상승을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 가전 기기의 상태 인식·이상(고장·누전 등)을 검지하는 검지 수단에 대해서는, 상기한 연산 장치와 겸하여도 좋지만, 연산 장치 및 제어 수단과는 별도로 설치할 수도 있다. 이 경우에는, 연산 장치에서 연산된 전압 파형 및/또는 전류 파형이 어떠한 이상을 나타내고 있을 때, 서버로부터의 신호가 나타내는 데이터에 대해서도 마찬가지로 이상을 나타낼 때, 통상의 가전 기기의 상태와 비교함으로써 검지하는 수단이며, 그 결과, 가전 기기의 상태에 이상을 발견할 수 있었을 때에, 필요가 있으면 이상의 유무를 소리나 빛으로 표시할 수도 있다.
또는, 통상 운전중에는 스마트 탭을 사용함으로써 제어되어 있는 소비 전력량이나 각 가전 기기의 운전 상황을, 전력의 가시화에 이용하는 디스플레이[TV, PC, 모니터, 휴대 기기(스마트폰, TABELT-PC)] 등에 표시하지만, 이상이 발생했을 때에는 이 디스플레이에서 이상 발생을 표시하여, 이용자에게 알릴 수도 있다.
이러한 가전 기기의 상태 인식·이상의 검출 수단은, 가전 기기를 스마트 탭에 접속하고, 정상적으로 운전하고 있었을 때의 전력 파형의 패턴을 서버 등에 기억시켜 두며, 그 후, 가전 기기의 운전이 정상이 아닐 때에 나타나는 전력 파형을, 이 기억시켜 둔 전력 파형과 비교하는 수단이다.
이와 같이 하여 검출을 행함으로써, 가전 장치의 고장이나 트러블이나 누전, 배선의 이상(누전 등), 스마트 탭 자체의 이상을 검출할 수 있다. 이들의 구성 부재에 의하면, 이하와 같은 구조를 구비한 스마트 탭으로 할 수 있다.
전력의 계측이나 전류·전압 파형을 송신하는 무선 디바이스를, 스마트 탭의 콘센트 삽입구측 정면의 비금속 수지재의 이면에 구성한다. 이 경우, 통신 디바이스의 수신부 주변은 비금속 재료이기 때문에, 통신성을 저하하지 않는다. 한편 전력 제어 디바이스부의 발열부는 통신 디바이스의 더 안쪽에 설치되고, 금속 케이스나 금속성 히트 싱크에 절연성 등의 방열재(시트, 접착 시트)를 통해, 방열함으로써, 스마트 탭 내부 및 케이스의 온도를 80℃ 이하로 할 수 있다. 즉, 탭에서의 통신성을 손상하지 않고, 발열을 억제할 수 있으며, 탭의 각 디바이스의 수명을 저감하지 않고, 온 저항의 작은 전력 제어 디바이스를 사용하지 않고 저렴한 디바이스를 사용할 수 있다.
스마트 탭의 구조로서, 무선 디바이스를 통신성을 저하시키지 않는 비금속 수지의 이면에 구성하고, 그 안쪽에 전력 제어 디바이스를 설치하는 경우, 고열전도이며 절연성이 있는 고열전도 수지 복합 재료의 케이스를 이용하여, 발열부와 이 절연성 고열전도 수지 케이스 사이에 절연성이 있는 방열재를 두고 설치할 수도 있다.
이것에 의해, 통신성을 손상하지 않고, 발열을 저감 가능하게 하여, 저렴한 제어 디바이스를 사용할 수 있다.
*통신 디바이스를 스마트 탭의 내부, 특히 금속 등의 통신 저해가 낮은 부분에 설치할 수 있고, 예컨대 측면에 구성하는 구조에서는, 통신 저해가 낮은 수지 케이스를 사용하는 구조가 된다. 이에 전력 제어 디바이스로서는, 발열량이 적은, 즉 온 저항값이 작은 디바이스를 선택함으로써, 발열량을 80℃ 이하로 할 수 있다.
또한 검지·통신 수단으로서는, 건축물 내에 설치된 인체 감지 센서, 온도 센서, 습도 센서, 풍량 센서, 조도 센서, 시정(施錠) 센서 등, 건축물 내의 상태를 검지하는 공지의 센서 중 어느 하나 이상과, 그 센서에 의한 검지 결과를 직접 서버에 무선 송신하거나, 근처 스마트 탭에 무선 송신하는 수단이다.
이러한 검지·통신 수단을 사용할 때는, 스마트 탭으로부터 서버에 송신한 정보에, 이 검지·통신 수단에 의해 서버에 송신된 센서로부터의 데이터를 가미하고, 이들 정보에 기초하여 이 서버에서 처리를 행하며, 그 처리 결과를 본 발명의 스마트 탭에 송신한다.
또한 본 발명의 스마트 탭에는 가전 기기 리모콘 기능을 부가하는 것도 가능하다. 그 가전 기기 자체에 전력을 제어하는 기능을 갖는 경우의 리모콘 기능은, 에어컨, 텔레비전, 선풍기, 핫카페트, 실내 실링 조명 등을 위한 리모콘으로서, 이들 가전 기기에 대하여 리모콘에 의해 ON/OFF, 또는 그 외의 운전 조정을 행하는 기능이다. 이러한 가전 기기 리모콘 기능으로서는, 적외선 및 홈 오토메이션 단자 또는 ECHONET Lite 또는 ECOHNET용 통신 인터페이스 등을 채용할 수 있다.
이러한 리모콘 기능을 스마트 탭에 부가하고, 이 전원 플러그의 제어 수단의 하나로서 기능할 수 있다. 이러한 경우에는, 접속되는 가전 기기에 대하여 전원 플러그로부터의 운전 제어에 더하여, 가전 기기 자체가 구비하고 있는 리모콘 운전 기능을 활용할 수 있고, 또한 그 리모콘의 조작은 사람이 직접 행하는 것이 아니라, 본 발명의 스마트 탭에 의한 제어의 일환이기 때문에, 서버로부터의 제어 신호에 기초하여, 보다 세밀하게, 목표로 하는 전력량 삭감, 피크 전력 삭감을 위한 운전을 하는 것이 가능해진다.
한편, 가전 기기로서, 그 자체 전력을 제어하는 기능을 갖지 않는 전구 등의 조명이나 포트, 냉장고, IH 히터, 온수 세정 변기, 커피 메이커 등에는, 리모콘 기능은 필요없고, 본 발명의 스마트 탭의 전력 제어 디바이스에 의해 제어가 가능해진다.
또한, 스마트 탭을 항상 ON으로 하면, 가전의 대기 전력보다 스마트 탭의 소비 전력이 높아지기 때문에, 타이머나 인체 감지 센서 등의 각종 센서, 또는 특정한 전기 기기(예컨대 상점 등의 실내 조명)의 ON/OFF 등에 의한 스마트 탭의 ON/OFF 기능, 접속된 가전 기기의 전원 OFF/ON에 의한 슬립&웨이크업 기능을 구비할 수도 있다. 특히 스마트 탭의 기능으로서는, 가전의 슬립 상태를 어떻게 깨울지 전력의 임계값 설정을 행하는 설계로 되어 있고, 예컨대 1 W∼10 W의 임계값 설정에 의해, 그 임계값 이상의 전력에 따라, 그 가전을 대기 상태로부터 깨울 수 있다.
이와 같은 ON/OFF 기능이나 슬립 또는 웨이크업 기능의 동작 상태를 확인하기 위해, 예컨대 스마트 탭 정면의 외면 또는 투과광을 표시할 수 있는 내면에 LED 디바이스 등을 설치할 수 있다. (LED 등의 점등 표시로 확인할 수 있다.)
본 발명의 스마트 탭을 사용한 에너지의 정보화에 의한 EoD 시스템의 구축, 즉 본 발명의 전원 플러그를 사용한 예에 대해서 이하에 진술한다.
본 발명의 스마트 탭에 의하면, 페이즈 1(에너지 소비의 가시화와 인간 행동의 학습·관찰), 페이즈 2(EoD형 전력 네트워크에 의한 고도 전력 매니지먼트), 페이즈 3(가정 내 나노 그리드에 의한 전력 컬러링), 페이즈 4(지역 나노 그리드에 의한 에너지의 융통)를 순서대로 행하는 것을 생각할 수 있다.
페이즈 1에서는, 가정 내의 에너지 소비 패턴의 가시화에 의해 소비자의 절전 의식의 향상을 도모하고, 개개의 가전 기기 상태나, 사용하는 생활자의 행동 패턴을 학습·관찰함으로써, 전력 소비의 낭비의 발견과 생활자의 행동을 서포트한다.
구체적으로는 이하의 페이즈 1∼4에서 나타내는 이용 상황에 있어서 본 발명의 전원 플러그 접속 장치를 사용할 수 있다.
(페이즈 1)
본 발명에서의 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단은, 모두 교류 전류의 전압 파형을 계측하는 공지의 수단을 채용할 수 있고, 이들 계측은 16 bit, 10 ㎑∼30 ㎑ 정도의 높은 샘플링 레이트로 이루어진다.
이러한 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단에 의해 얻은 전압·전류 파형을 연산 장치에서 처리하고, 이 처리 결과를 통신 수단에 의해 서버에 송신한다. 이 때의 연산 장치로서는 DSP 내장의 마이크로컴퓨터 등을 채용하는 것이 바람직하다.
최근의 가전 기기의 대부분은 내부에 스위칭 전원이나 인버터 등의 고도의 제어 장치를 구비하기 때문에, 1 교류 주기 내의 전류 파형에는 가전 기기마다 특징적인 파형이 나타난다. 이 때문에 소비 전력이 동일한 가전 기기여도 전류 파형의 패턴을 비교함으로써 가전 기기를 특정하거나, 가전 기기의 운전 상황을 확인하는 것이 가능하다.
이 기능은 단순히 전력의 가시화를 행하는 종래의 스마트 탭과는 전혀 상이한 기능이며, 이 기능을 위해, 연산 장치에 있어서는, 접속된 각 가전 기기를 특정하기 위한 특징량을, 전압·전류 파형의 특징량에 의해 특정한다. 그 특징량으로서는, 예컨대 전류·전압 파형의 피크값, 주기, 기준 시점에서의 벡터 등이며, 그와 같은 특징량에 의해서도 고정밀도로 가전 기기를 특정할 수 있었다.
이와 같이 연산 장치에 의해 특징량을 도출하고, 이것을 통신 수단에 의해 서버에 송신할 수 있다. 만약에 특징량을 도출하지 않는다고 하면, 그 데이터량으로부터 봤을 때, 16 bit×20,000 ㎐×2=640,000 ㎐의 통신 속도를 필요로 하기 때문에, ZigBee의 통신 속도(최대 250 kbps)에서는 송신할 수 없다. 통신 속도를 높이고자 하면, 소형화, 저소비 전력화의 점에서 광역대를 사용하는 통신 수단은 채용할 수 없다.
ZigBee에서는, 1 패킷으로 78 바이트까지의 가변 길이 페이로드에 수신처·송신원, 데이터 길이 등의 헤더와 체크섬을 부가하여 송신한다. 이 때에는, 페이로드부에 설정 커맨드나 프로퍼티를 세팅하여 송수신을 행한다. 예컨대, 본 발명의 스마트 탭이 수신하는 커맨드는 16 bit, 설정값은 0 bit∼592 bit, 송신하는 데이터의 포맷은 16 bit, 취득 시각은 32 bit, 데이터부는 16 bit∼576 bit이다.
상기한 바와 같이 통신 속도상의 제한으로부터, 데이터량이 많은 전압·전류 파형의 미가공 데이터는 그대로의 상태로 송신할 수 없지만, 특징 추출용의 테이블 설정을 함으로써, 스마트 탭 내의 연산 장치에서 전압·전류 파형의 특징량을 계산하여 구할 수 있다. 이 때에는, 개개의 가전 기기를 특정하고, 그 운전 상황을 확인할만한 특징량은 많지는 않다.
이하에, 가전 기기의 (1) 특징 학습 단계, (2) 가전 기기 학습 단계, (3) 가전 기기 인식 단계로 나눠, 각각의 통신에 대해서 설명한다.
(1) 특징 학습 단계
미리 다수의 가전 기기로부터 수집한 전류 파형을 주성분 분석함으로써 얻어진 고유 벡터를 사용하여, 전류 파형 측정에 의한 전류 파형 측정 결과와 고유 벡터의 내적(內積)으로 특징량을 구한다. 가전 기기마다의 전압 파형 및 전류 파형은 도 1에 도시하는 바와 같이, 가전 기기에 따라 상이하기 때문에, 이들 파형의 특징을 분석하는 것이 가전 기기로 특정하는 데에 있어서 필요해진다.
특징량을 구하는 조건은 개개의 가전 기기에 의존하지 않기 때문에, 특징량을 구하기 위한 비교용 데이터는, 사전에 학습하여 본 발명의 스마트 탭의 연산 장치 등으로 보존해 둔다.
또한, 미리 스마트 탭으로부터 서버에 전압·전류 파형을 송신할 때의 메시지로서, 예컨대 파형 정보는 WH=16 bit, 취득 시각=32 bit, 주기=16 bit로 하고, 파형 데이터는 WD=16 bit, index=16 bit, 데이터수=16 bit, 전압(i)=16 bit, 전류(i)=16 bit, 전압(i+k)=16 bit, 전류(i+k)=16 bit를 포맷으로 하여 표시되고, 특징 추출 테이블을 스마트 탭에 설정하는 메시지의 포맷으로서는, 테이블 정보는 FH가 15 bit, 특징 번호가 8 bit, 주기가 16 bit이며, 테이블 데이터로서는 FD가 16 bit, index가 16 bit, 데이터수가 16 bit, 테이블(i)이 16 bit, 테이블(i+k)이 16 bit이다.
이들의 데이터량을 보면 1 패킷에는 수용되지 않기 때문에, 스마트 탭의 내부 메모리에 1주기분을 유지한 후에, 복수의 패킷으로 분할하여 송신하게 된다. 파형 정보는 식별자 WH를 부가한 패킷으로 송신하고, 그 후 데이터부를 복수의 패킷으로 식별자 WD와 시작 index, 데이터수와 함께 서버에 송신한다.
특징 추출 테이블의 설정도 마찬가지로, 식별자 FH가 나타내는 테이블 정보, 식별자 FD가 나타내는 데이터부를 복수의 패킷으로 분할하여 서버에 송신한다.
(2) 가전 기기 학습 단계
개별의 가전 기기를 학습하는 단계에서는, 스마트 탭으로 추출한 특징량을 이용하여 학습하기 때문에, 소량의 특징량만을 송신하면 된다.
특징량 추출 메시지의 포맷의 예로서는, DF가 16 bit, 취득 시각이 32 bit, 실행 전압이 32 bit, 실효 전류가 32 bit, 유효 전력이 32 bit, 적산 전력량이 32 bit, 특징량이 32 bit×4, 주기가 16 bit이다. 데이터의 종류를 나타내는 식별자로서는 DF를 이용하고, 취득 시각, 실효 전압, 유효 전력, 적산 전력량과 4개의 특징량과 주기의 총 320 bit를 하나의 메시지로서 ZigBee의 1 패킷에 넣고 통합하여 서버에 송신한다. 또한, 전류 파형이나 전압 파형을 특징량으로 하여 서버에 송신하여도 좋다.
(3) 가전 기기 인식 단계
가전 기기 인식 단계에서는, 가전 기기 학습 단계와 마찬가지로 스마트 탭 내부에서 추출한 소수의 특징량을 이용하여 서버에서 인식을 행한다. 이 때, 가전 기기 학습 단계와 동일한 특징 추출 메시지에 의해 학습을 행한다.
(페이즈 2)
페이즈 1에서 가전 기기의 특징에 의해 가전 기기를 인식한 후, 페이즈 2로 이행한다.
페이즈 2에서는, 전력의 공급 상태나 사용 가전 기기의 사용 우선도에 따라, 전력 공급을 위한 서버가 조정을 행하면서 가전 기기에의 전력 공급을 제어하는, EoD라는 전력 매니지먼트 기술에 의해, 보다 적극적인 소비 에너지의 삭감을 목표로 한다.
EoD는 가전 기기의 부하 기기의 전원을 투입하면, 항상 필요한 만큼의 전력이 부여되는 지금까지의 전력 네트워크의 구조를 근본적으로 변환하여, 각 기기의 우선 순위를 결정하고 이 기기에 이용 가능한 전력 사용량, 시간을 조정하여 Best Effot로 할당하는 구조이다.
페이즈 2에서는, 가옥이나 건축물, 시설에서, 계통 전력, 태양광 발전(PV), 풍력 발전, 소수력 발전, 연료 전지나 축전지 등을 가한 복수의 전원으로부터 선택된 단일 전원에 대한 수요 조정 프로토콜을 정의한다. EoD의 수요 조정 프로토콜의 수순을 이하에 나타낸다.
A. 가전 기기측의 전력 요구 메시지를 스마트 탭으로부터 서버에 일정 시간마다 쌍방향의 패킷 통신에 의해 송신한다. 이 전력 요구 메시지는, 스마트 탭에 접속된 가전 기기가 운전될 때에 필요한 전력량, 및/또는 운전중에 축차 필요한 전력량을 포함한다.
B. 서버는 현재의 공급 가능량 및/또는 페이즈 1에서 획득한 가정에서의 생활 패턴, 각 가전 기기 등의 소비 전력량, 계획한 전력량과 소비한 전력량의 차등에 기초하여, 전력 요구 메시지를 보낸 가전 기기, 및 동작중인 가전 기기(부하 기기)의 우선 순위를 결정한다.
C. 부하 기기의 우선 순위에 따라, 각 기기에 허가하는 전력 사용량, 시간을 포함하는 전력 할당 메시지, 또는 전력을 공급할 수 없는 기기에는 거부 메시지를, 쌍방향의 패킷 통신에 의해 송신한다. 전력의 사용을 허가받은 가전 기기는 운전을 시작 또는 계속, 또는 소비 전력량을 저하/또는 증가시킨 운전을 행한다.
D. 전력 사용을 허가받은 가전 기기는 허가된 전력으로 허가된 시간만큼 동작한다. 전력 사용이 거부된 가전 기기는 일정 시간 후에 재할당 요구(EoD)를 행한다.
이 일련의 공정은 사용자의 조작, 또는 센서나 타이머 등의 프로그램에 의해, 가전 기기의 전원이 투입되면, 최초에 가전 기기를 운전하기 위한 전력이 이 가전 기기에 공급되는 것이 아니다. 최초에 각 가전 기기의 요구 전력량의 패킷을, 스마트 탭으로부터 서버에 송신하고, 수신한 서버에서, 단일 전원, 또는 복수 전원으로부터의 공급 능력을 판단하여, 공급 가능하면, 공급하는 취지의 제어 신호를 스마트 탭에 회신한다.
이 제어 신호를 수신한 스마트 탭에서, 이 제어 신호에 의해 접속된 가전 기기에의 전력의 공급을 시작 또는 정지한다.
이 일련의 처리에서의 서버 내의 처리, 가전 기기에의 전력을 공급하는 것의 판단에 대해서 더 상세히 설명하면, 서버 내에서 단일 전원 또는 복수 전원으로부터의 공급 가능한 전력량을 고려하여 가전 기기에의 전력 공급을 판단한다.
특히 공급할 수 있는 전력이, 사용될 가능성이 있는 가전 기기의 사용 전력의 합에 대하여 여유가 없는 경우, 이 때에 전력의 상한을 제한하는 등의 피크 커트를 행할 때에는, 운전중인 가전 기기의 우선도의 순위 등의 정보를 필요에 따라 축차 갱신하고, 새로운 전기 기기에 전원이 투입될 때에는, 그 새로운 전기 기기를 더하여 각 가전 기기의 우선도의 순위를 갱신하고, 공급 가능한 전력량과 가전 기기의 우선도의 순위를 바탕으로 새롭게 전원이 투입된 가전 기기에 대하여, 전력을 공급하는지의 여부를 판단한다.
또한, 생활자의 행동 패턴도 아울러 서버 내에서의 가전 기기에의 전력 공급의 판단 재료로 하여, 우선도의 순위를 더 고려할 수 있고, 생활자의 행동 패턴을 학습함으로써, 서버 내에서 전력 사용 모델을 작성하여 전력 사용 계획을 작성해 둔다. 이어서, 실시간으로 항상 순간의 피크 전력을 구하고, 이 피크 전력을 이 전력 사용 계획과 비교함으로써, 각 가전 기기의 피크 전력의 적산값을 공급하는 전력이나 이 전력 사용 계획의 전력을 초과하지 않도록 제어할 수도 있다.
이 방법에서는, 사용자 스스로 공급 가능한 최대 전력량을 설정함으로써, 요구하는 만큼 사용하는 전력 삭감을 행할 수 있다.
이와 같이, EoD 시스템의 실현에 의해, 개개의 가전 기기의 전원의 특성이나 전력을 고려하여, 가전 기기의 우선 순위를 결정하는 것과, 우선 순위가 낮은 가전 기기에 대하여, 전력 공급을 정지 또는 삭감할 수 있다.
EoD 시스템에 삽입되는 기기로서는, 수요자측의 기기인 가전 기기, 공급자측의 기기인 전원 설비, 전력을 일시적으로 축적하는 축전지의 3종류가 있다.
페이즈 2에서는 단일 전원에 대한 수요자측을 조정하기 위해 가전 기기를 이하에 들어, 어떠한 제어를 행할지에 대해서 3개로 분류한다.
A. 조정 - 조명이나 드라이어 등에서는 요구하는 전력에 대하여, 공급 전력량을 어느 정도 삭감하여도 성능은 다소 떨어지지만 실용에는 그만큼 영향을 부여하지 않는다. 이러한 기기에 대해서는, 기기측으로부터 요구되는 전력을 공급하는 것이 아니라, 공급 전력을 삭감할 수 있다.
B. 대기 - 세탁기나 밥솥기 등, 기동한 후 일정 시간 자동으로 동작하는 가전 기기는 원하는 종료 시각 내에 동작이 완료되면, 기동 타이밍을 늦춰도 상관없다. 이러한 가전 기기에 대해서는, 기동이 요구된 시각으로부터 실제로 기동할 때까지의 타이밍을 어긋나게 할 수 있다.
C. 일시 정지 - 에어컨이나 냉장고 등의 열을 컨트롤하는 가전 기기는 단시간 정지하여도 온도를 유지할 수 있기 때문에, 동작중에 일시 정지할 수 있다.
각각의 가전 기기는 이들 A∼C의 분류 각각에 포함되거나, 또는 포함되지 않기 때문에, 이들 3개의 분류에 포함되는지의 여부가 가능·불가능한 것을 생각하면 총 8가지로 나눌 수 있다. 이들 3개의 분류 중 어디에도 포함되지 않는 가전 기기는 어떠한 경우에도 동작하는 것이 필요 불가결하므로, 전력을 공급해야 하는 우선도가 가장 높은 가전 기기라고 할 수 있다.
이와 같이 분류한 결과를 표 1에 나타낸다.
표 2에는 가전 기기의 클래스의 프로퍼티를 나타낸다. EoD의 수요 조정 프로토콜에서는, 우선 전력을 요구하는 가전 기기가 프로퍼티를 부하한 전력 할당 메시지를 서버에 송신한다.
서버는 공급 가능한 전력과 요구 전력을 비교하여, 공급 가능하면 전력 할당 메시지를 스마트 탭에 송신한다. 공급 불가능하면, 현재 사용중인 우선 순위가 낮은 가전 기기에의 전력 공급량을 삭감하거나, 요구 가전 기기에 전력 공급을 거부하는 메시지를 송신한다.
이와 같이 서버로부터 스마트 탭에의 전력의 할당 가부를 통지한다. 통지 내용으로서는, 전력 요구에의 회신의 경우에는, 할당을 허가할지 거부할지, 또한 동작중인 가전 기기에의 메시지로서, 일시 정지시킬지 할당 전력을 변경할지를 설정한다.
할당이 허가된 경우나, 재할당의 경우에는, 이 가전 기기에 할당하는 전력의 최대값, (할당 전력), 할당하는 시간을 프로퍼티로서 추가한다. 또한, 할당을 거부한 경우나 동작중인 가전 기기를 정지시키는 경우에는, 가전 기기가 재차 전력 요구하는 시각을 추가한다. 공급 전력은 전력을 공급하는 전원의 ID이므로, 페이즈 3의 분산 전원을 위해 필요하게 된다.
(페이즈 3)
페이즈 2에서 행한 전력 공급의 제어에 대하여, 페이즈 3에서는, 가장 일반적인 전원인 계통 전원(복수 계통 포함)뿐만 아니라, 태양광 발전(PV), 풍력 발전, 소수력 발전, 연료 전지나 축전지 등을 가한 복수의 전원으로부터의 전력 공급을 행한다. 그 외, 서버로부터의 스마트 탭의 제어를 통한 접속된 가전 기기의 제어에 관해서는, 페이즈 2에서의 제어와 마찬가지로 행한다.
전원마다 전력의 공급원을 억제하는 전력 컬러링 기능(공급되는 전력 중에서, 전원을 구별하는 기능)을 가진 가정 내 나노 그리드에 의해, 분산 전원의 효율적인 매니지먼트를 행한다.
가정 내에 복수의 분산 전원이 도입된 경우에, 페이즈 2의 EoD 프로토콜을 복수의 전원으로부터의 전력 선택이 가능하게 되도록 하고, 수급 밸런스를 취하면서 전원과 가전 기기를 대응시킴으로써, 효율적인 전력 공급을 실현한다. 이를 위해서는, 수요의 특성과 전원의 특성에 기초하여, 적절한 대응을 해야 한다. 이 때, 전원에 대해서도 전력을 공급하는 우선 순위를 결정하는 것이 필요하다. 이 때문에, 공급 가능 전력이 불변 또는 제어 가능한지 여부의 안정성이나, 공급 전력을 변경할 때에 지연이 생길지의 여부라는 즉응성의 각각의 유무에 따라 표 3에 나타내는 바와 같이 4종으로 분류할 수 있다.
예컨대 전력 회사로부터의 계통 전력은 안정성 및 즉응성이 있고, 태양 전지는 공급 가능력이 기후에 좌우되기 때문에 즉응성은 있지만 안정성이 부족하다.
각 전원은 하기 표 4에 나타내는 바와 같이 각종 파라미터를 갖는다. 연료 전지나 코제네레이션은 발전과 급탕을 동시에 행하기 때문에 온수량에 따라 공급 가능 전력량도 변동한다. 또한, 최대 공급 전력이나 적산 전력량의 실링에 의해 사용 전력량이나 전력량의 상한값을 사용자가 설정하는 것도 가능하다.
축전지는 충전시에는 가전 기기로서도, 또한 방전시에는 전원으로서 위치한다.
EoD에 있어서, 전원 선택 프로토콜은 다음의 순서로 공급원과 공급처를 결정할 수 있다.
A. 각 전원은 전원 프로퍼티를 서버에 송신한다.
B. 전원 플러그 장치는 가전 기기 프로퍼티를 부가한 가전 기기에의 전력 할당 메시지를 서버에 송신한다.
C. 서버는 가전 기기 클래스에 의해 표 3에 기재된 공급 가능한 전원으로부터 전력 비용, 또는 CO2 배출량이 낮은 순으로 가전 기기에 대한 전원의 우선도를 결정한다.
D. 우선 순위가 높은 전원의 순으로, 전력 공급이 가능한지의 여부를 수요 조정 프로토콜과 마찬가지로 판정하여, 전원 플러그 장치에 전력 할당 메시지를 송신한다.
E. 전원 플러그 장치가 전력 할당 메시지를 수취하면, 그것에 따라, 대응된 가전 기기에 전력을 공급한다.
축전지는 축전량이나 다른 전원의 상태나 공급 상태에 따라, 충전 모드와 공급 모드를 전환하여, 충전 모드일 때에는 부하 기기로서 전력 요구를 행하고, 공급 모드일 때에는, 전원으로서 전력 조정에 가해진다.
(페이즈 4)
페이즈 4는 가정 내에서 행해진 나노 그리드를 근린의 지역 단위로써 행하는 것이다. 이 때에 전원 플러그 장치로서는, 지역 내에서의 정보의 교환에 대응한 구성으로 해야 한다.
본 발명의 스마트 탭은 상기 EoD 시스템에서 사용되는 것이며, 보다 구체적으로 이하에 설명한다.
본 발명의 도 2에는, 온디맨드형 전력 제어 시스템을 위한 매립형 콘센트 설치도를 도시하고 있고, 도면 중 C는 매립형 콘센트를 나타내며, 건축물중 매립형 콘센트로서, 복수의 본 발명의 스마트 탭이 설치된다. 또한, 임의로 도면 중 T로 나타내는 탭도 사용할 수 있다. 또한 원칙으로서 하나의 주거에 대하여 하나의 서버도 설치되어, 주거 내의 모든 매립형 콘센트 사이에서 통신을 행할 수 있는 통신 네트워크도 구축되어 있다.
상기 C에 T를 접속하는 경우에는, 하나의 계통으로 본 발명의 스마트 탭을 직렬로 접속하게 되기 때문에, 이 경우에는 어느 한쪽, 바람직하게는 콘센트 C측의 기능을 정지시키는 처리를 행한다.
도 3은 모두 한 집에서 100 V를 입력 전압으로 한 각종 가전 기기를 사용했을 때의, 이 한 집 전체의 전력의 추이를 도시하는 개념도이다.
이 도 3에서 실선은 EoD를 행하지 않은 경우의 전력을 도시하고, 파선은 EoD를 행하는 것에 의한 목표값을 도시하며, 일점파선은 각 가전 기기의 실측값을 바탕으로 EoD 제어를 행한 경우의 제어 시뮬레이션 결과이다.
도 3a는 어느 하루의 낮 12시부터 다음날 낮 12시까지의 사이의 순간 피크의 전류값의 데이터이고, 평탄한 피크를 갖는 선으로 나타내는 삭감 목표의 전력 플랜에 대한 실생활에 의한 전력값이다.
점선보다 아래 영역에 있어서 불규칙하게 상하 이동하는 선은 제어 시뮬레이션 결과를 나타내는 선이다. 또한 점선을 상회하는 선이 실생활 데이터를 나타낸 데이터이다.
이 도 3a에 의한 제어에 의하면, 실제로 사용한 전력이 점선 M으로 나타내는 1200 W를 초과하지 않는 정도로 수습되므로, 순간 피크가 1200 W를 초과하지 않는 것을 알 수 있다.
도 3b는 도 3a에서 나타내는 순간적 소비 전력을 적산한 도면이며, 1일간의 순간 전력값의 제한값을 30% 이하로 설정한 경우의 데이터이다. 목표로 하는 점선으로 나타내는 적산 소비 전력값에 대하여, 실생활 데이터에서는 그 목표를 초과한다.
그러나, 본 발명의 스마트 탭을 사용하여, 제한값을 30% 이하로 하여 제어를 행하면, 그 제어대로 행하는 다음날 12시에서 딱 점선 C 상에 위치하는 선보다, 약간 하측에서 상승하는 결과를 시뮬레이션 결과로서 얻을 수 있다.
이들 결과에 따르면, 본 발명에 의하면, 예컨대 소비 전력의 상한 피크 커트를 30%로 했을 때에 그것을 초과하지 않는 것, 즉 삭감 전력을 정량적으로 담보할 수 있는 것을 나타내고 있다.
도 4에 본 발명의 스마트 탭으로서 매립형 콘센트의 일례의 내부 구성도를 도시하여 설명한다.
본 발명의 스마트 탭은 통상의 매립형 콘센트나 탭과 마찬가지로, 건물 내의 배선으로부터 전원이 입력되고, 내부에서 2구 콘센트의 경우에는 2개로, 3구 콘센트의 경우에는 3개로 분기되어, 2구 또는 3구 등의 출력용 콘센트로서의 기능도 가지며, 이 때문에 필요한 부품 등을 포함하는 구성을 구비하고 있다.
또한 본 발명은 이와 같은 구성에 더하여, 출력마다 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, 전력량의 계측과 전력량의 연산, 연산 수단 장치 및 제어 수단을 구비하고, 또한 이들 수단으로부터의 신호를 도시하지 않는 서버에 송신하며, 이 서버로부터의 제어 신호를 수신하기 위한 통신 수단을 갖는다.
또한, 2 이상의 구수(口數)를 갖는 매립형 콘센트나 탭에서도, 이들 복수의 출력을 통합하여 하나의 상기 연산 장치 및 하나의 상기 통신 수단에 의해 기능시켜도 좋다.
본 발명의 스마트 탭은, 단독 주택, 집합 주택, 맨션, 점포 겸 주택뿐만 아니라, 사무실, 빌딩, 공장, 테넌트, 양판점, 병원, 고령자 시설, 슈퍼 등에 설치할 수 있다. 이들 건축물에서의 본 발명의 스마트 탭의 설치 지점은 도 2에 도시하는 바와 같이 건축물 벽면의 통상의 설치 장소 및 임의의 장소에 탭으로서 설치된 장소이지만, 통신 수단에 의해 통신하는 목적지의 서버가 원칙으로서 동일한 건축물 내에 설치되는 것이 바람직하다. 통상은 하나의 건축물 내에 하나의 서버이지만, 점포 겸 주택이나 맨션 등과 같이, 하나의 건축물 내에 복수의 주거 등이 입거하는 경우나, 사무실, 공장, 테넌트 등의 하나의 건축물을 복수의 유닛으로 나누는 경우에는, 각각의 주거나 유닛 등의 단위를 기본으로 하여 서버를 설치할 수도 있다. 하나의 서버는 복수의 스마트 탭과 통신할 수 있고, 통상의 주거 등에 설치되는 매립형 콘센트 및 탭의 수를 대상으로 하여 통신 및 얻어진 정보의 처리를 행하는 것이 가능한 서버를 선택할 수 있다.
또한 단독 주택, 집합 주택, 맨션, 점포 겸 주택뿐만 아니라, 사무실, 빌딩, 공장, 테넌트, 양판점, 병원, 고령자 시설, 슈퍼 등에 설치하는 경우, 각 건물 이외에 서버를 갖거나, 클라우드를 이용할 수도 있다.
또한 홈 게이트웨이(HGW) 등의 게이트웨이(GW)를 통해 클라우드나 외부 서버 등도 이용할 수 있다. 이것에 의해, 예컨대 가정 내의 EoD 시스템 제어를 GW로 제어하여, 생활에 수반되는 대량의 총전력 데이터는 클라우드나 외부 서버 등을 이용할 수 있다.
더 나아가서는, 스마트 커뮤니티 등 복수의 가정이나 빌딩 등을 본 탭을 이용하여, EoD 제어하는 경우, GW를 이용하여, 어떤 가정, 사무실의 데이터인지를 특정시키는 이용도 가능하다.
또한 도 5에 도시하는 바와 같이, 한 가정에 공급하는 전원을 기존의 송전망에 더하여, 재생 가능한 에너지원인 태양광 발전이나 풍력 발전, 및 축전 장치, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등의 축전지 장치, 그 외의 전원을 접속함으로써, 2종 이상의 전원으로부터 가정에 전기를 공급시킬 수도 있다.
그 경우에는, 상기 표 3 및 표 4 등에 기재된 사항을 참고로, 본 발명의 스마트 탭을 각 전원에도 접속함으로써, 복수 전원으로부터 임의의 전원의 선택, 및 각 전원으로부터의 전력 공급량의 결정, 및 임의의 전원으로부터 전력을 공급하는 가전 기기를 선택함으로써, 에너지 손실을 적게 하거나, 쾌적함을 향상시킨 대폭적인 절전이나 효율적으로 피크 커트를 행하는 등의 제어를 행할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 복수 전원을 사용함으로써, 예컨대 에코 하우스 등에 있어서, 교류 전원이 아니라 직류 전원을 가전 기기에 접속하는 경우에서도, 본 발명의 스마트 탭을 이용할 수 있다. 이러한 경우, 교류로 주거 등에 공급되는 전력을 주거 내의 AC/DC 변환 장치에 의해, 전체 가전 기기에 공급하는 전력 또는 일부의 가전 기기에 공급하는 전력을 직류로 변환하고, 이 직류를 가전 기기에 공급할 때의 탭으로서 본 발명의 스마트 탭을 사용한다.
또한, 재생 가능 에너지의 태양광 발전이나 풍력 발전, 연료 전지나 축전지 등의 전원 장치를 이용한 직류(DC) 급전의 경우에는, DC/DC 컨버터 장치에 의해, 가전 기기에 공급하는 전력 또는 일부의 가전 기기에 공급하는 전력으로 변환하고, 이 직류를 가전 기기에 공급할 때의 탭으로서 본 발명의 스마트 탭을 사용할 수도 있다. 이 때의 직류의 공급 전압을 24 V 또는 12 V 등으로, 안전성을 고려하여 저전압으로 할 수 있다. 이 경우에는, 직류를 공급하는 목적지의 가전 기기로서는, 조명 등의 저전력 기기, PC 및 그 관련 기기, 전화기 등의, 종래부터 가전 기기마다 AC/DC 변환기를 사용하고 있는 가전 기기 등을 들 수 있다. 특히 AC/DC 변환기를 사용하고 있던 가전 기기에 관해서는, 그 AC/DC 변환 손실을 삭감하여, 보다 고효율의 전력 사용을 도모한다.
또한, IH 조리기, 에어컨 등의 소비 전력이 높은 가전 기기에 대해서는, 200 V 고전압의 직류를 취급하는 것에 의한 위험성을 고려하여, 여전히 교류 전원을 채용할 수도 있고, 그 경우에는 교류로부터 분기된 일부의 전력을 직류로 변환하게 된다. 또한 고전압의 직류를 안전하게 취급할 수 있는 경우에는, 외부로부터 공급된 교류를 모두 직류로 변환한 후에, 이러한 직류에 대하여 본 발명의 스마트 탭을 사용하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 스마트 탭 중에서도 직류 전원용 스마트 탭은 직류용의 전압 검지 수단 및 전류 검지 수단 및 직류용 제어를 채용함으로써, 교류용과 동일하게 하여, 벽에 매립하여 사용할 수도 있고, 또는 테이블 탭과 같이, 벽에 설치된 콘센트에 삽입하여 사용할 수도 있다. 이 때도, 가전 기기 특유의 전류 및 전압 파형을 검지하여, 스마트 탭에 접속된 가전 기기를 인식한다.
특히 상기한 바와 같이, 한 가정에 공급하는 전원을 기존의 송전망에 더하여, 재생 가능한 에너지원인 태양광 발전이나 풍력 발전, 및 축전 장치, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차 등의 축전지 장치 등의 직류 전원을 접속함으로써, 2종 이상의 전원으로부터 가정에 전기를 공급시켜, 직류용 스마트 탭을 사용할 때에는, 태양광 발전이나 축전 장치, 축전지 장치로부터 공급되는 직류를 교류로 변환시킬 필요가 없기 때문에, 변환 손실이 생기지 않는다. 또한, 이들의 직류 전원에 대하여도, 직류 전원의 분전반에 스마트 탭을 설치, 또는 분전반 대신에 스마트 탭을 설치하고, 직류 전류 계통을 통합하여 제어할 수도 있다. 또한, 이들 각 전원에 대해서도 전원측을 상류로 하여 스마트 탭을 설치함으로써 개별로 각 전원으로부터의 전력 공급을 제어할 수도 있다.
이 경우에는, 본 발명의 스마트 탭을 각 전원에도 접속함으로써, 복수 전원으로부터 임의의 전원의 선택, 및 각 전원으로부터의 전력 공급량의 결정, 및 임의의 전원으로부터 전력을 공급하는 가전 기기를 선택함으로써, 에너지 손실을 삭감하거나, 효율적으로 피크 커트를 행하는 등의 제어를 행할 수 있다.
결국, 본 발명의 스마트 탭은 교류, 직류 상관없이, 벽부, 천장부, 바닥부 등에의 매립형 콘센트로서, 또는 이러한 매립형 콘센트나, 종래의 매립형 콘센트나 탭에 접속하는 탭으로서, 또는 분전반에 설치함으로써, 각각, 하류에 접속하는 가전 기기나 전력선에 공급하는 전력을 제어할 수 있다.
스마트 탭으로서는, 제1 형식으로서, 예컨대 도 6에 도시하는 바와 같은 내부 구조의 것을 사용할 수 있다. 또한 이하의 도면에서는 제어 장치로서 MOSFET을 채용하였다.
도 6은 2구 콘센트의 스마트 탭의 내부 배치를 모식적으로 도시한 도면이며, 제어 수단으로서 1구당 4개의 MOSFET(1), 하나의 전류 측정 수단(2)을 설치하고, 또한 도시는 하지 않지만 1구당 하나의 전압 측정 수단을 설치하고 있다. 그리고 2구로 하나의 연산 장치와 통신 수단을 공유하도록 설치하고 있다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 연산 장치 전원용 회로 기판을 설치하고, MOSFET(1)으로부터 발생하는 열을 전원 플러그 밖에 방열하는 것을 용이하게 하기 위해, 4개의 코너에 MOSFET(1)을 설치하고, 그 MOSFET(1)으로부터 되도록이면 떨어진 지점에 연산 장치(3)와 통신 수단(4)을 설치하고 있다. 또한 MOSFET(1)은 최저 2개이며, 4∼8개까지 설치하는 것이 가능하다.
이러한 배치로 함으로써, 가능한 한 연산 장치(3)와 통신 수단(4)이 가열되지 않도록 하는 것이 필요하다.
MOSFET 등의 발열량이 적은, 즉 온 저항값이 작은 전력 제어 디바이스인 제어 수단을 채용함으로써, 발열량이 낮아지기 때문에, 전파 투과성이 없는 금속 재료를 이용할 필요성이 없다. 그리고 케이스의 적어도 일부를 방열 효과가 작은 수지제로 할 수 있기 때문에, 서버와의 사이에서 통신을 행하기 위해 필요한 전파의 투과성을 담보할 수 있다.
이 경우, 전력 제어 디바이스로서는, 이러한 발열량이 적은, 즉 온 저항값이 작은 디바이스를 선택함으로써, 발열량을 80℃ 이하로 할 수 있다.
제2 형식으로서는, 상기 도 6에 도시하는 스마트 탭의 구조와는 달리, 제어 수단인 MOSFET(1)을 스마트 탭의 수지제 등의 전파를 투과할 수 있는 전면(前面)의 바로 아래 또는 그 안쪽 기판에, 콘센트 1구당 2개가 되도록 설치한 예를 도 7 및 도 8에 도시한다. 도 7 및 도 8은 본 발명의 스마트 탭의 일례의 구성도이며, 도 8은 도 7의 구성을 일부 조립한 상태를 다른 방향에서 본 도면이다.
도 7 및 도 8에서는, 스마트 탭의 수지 등의 비금속 수지 재료인 전파를 투과할 수 있는 재료로 이루어지는 이 전면(6)의 예컨대 중앙부의 이면에 통신 수단(4) 및 그 기판을 설치한다. 이 때문에 이 통신 수단(4)이 통신하는 신호는 스마트 탭의 이 전면(6)을 통과하여, 예컨대 서버와 통신할 수 있다. 또한 도시는 하지 않지만, 이 기판 중앙부에 스마트 탭의 운전 상황을 나타내는 LED 및 그 기판 및 무선 모듈 및 마이크로컴퓨터의 펌웨어를 재기록하는 기판을 설치할 수 있다. 무선 모듈과 마이크로컴퓨터의 펌웨어의 재기록은 매립형의 경우, USB 단자에 의한 재기록 갱신이나 무선에서의 재기록 모두 사용할 수 있다.
또한, 스마트 탭의 이 전면(6)의 내부에 위치하는 기판(7)의 긴 변의 중앙부 부근에 MOSFET(1)을 설치하고, 또한 스마트 탭의 운전에 의해, MOSFET(1)이 발열한 경우에는, 도시하지 않지만, 이 MOSFET(1)과 케이스(8) 양쪽에 접하도록 절연성 방열 시트를 설치하고 있다.
이 때문에, 이 MOSFET(1)로부터 발생한 열은 방열재로서의 절연성 방열 시트로 이동하고, 또한 금속의 케이스(8)나 금속제 히트 싱크에 전달된다. 케이스(8)는 스마트 탭이 설치되어 있는 벽 내에서, 방열함으로써, MOSFET(1)으로부터의 열을 원활히 방열시키게 되고, 스마트 탭 내부 및 케이스의 온도를 80℃ 이하로 할 수 있다.
이 때문에, 온 저항이 작은 전력 제어 디바이스를 사용하지 않고 저렴한 디바이스를 사용할 수 있다.
MOSFET(1)을 설치한 기판(7)의 더 내부에는, 도시는 하지 않지만 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, CPU 등의 연산 장치를 설치한 기판(9)을 설치한다. 이들 수단이나 장치에는 직접 MOSFET(1)으로부터 발생하는 열이 전해지지 않고, 열의 접촉적인 케이스(8)에의 전도도 있어 과도하게 가열되지 않는다.
또한 그 내부에도, 기판(10)을 설치할 수 있다. 이 기판(10)의 배면에는, 접속하는 가전 기기가 고부하일 때에 구비하고, 고부하 대응의 MOSFET 등의 제어 장치(11)를 설치할 수 있다.
스마트 탭 자체를 저배화(抵背化) 우선으로 한 경우에는, 기판(7)에 전력 제어 및 스위칭 기능을 갖는 MOSFET 등의 반도체 디바이스를 구성하고, 스마트 탭의 설치에 있어서, 안길이에 자유도가 있는 경우에는, 기판(10)에 MOSFET을 설치할 수 있다. 이에 발열부가 되는 전력 제어 디바이스는 어느 하나의 구성으로 사용할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 MOSFET은 고전류 가전 기기나, 전기 기기의 경우에, 되도록이면 마이크로컴퓨터나 무선 모듈로부터 떨어진 부위에 구성하는 편이 좋다. 이와 같이 각 기판을 배치하여, 본 발명의 스마트 탭으로 할 수 있지만, 각 기판의 배치, 및 각 기판에 어떠한 소자를 설치할지는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 적절하게 변경할 수 있다.
접속하는 가전 기기마다의 스마트 탭의 사용
본 발명의 스마트 탭은 상기한 바와 같이 접속된 가전 기기를 식별하여, 전원이 ON이 되었을 때에, 서버와의 통신에 의해, 다른 가전 기기의 제어와 함께 이 접속된 가전 기기의 운전을 제어하는 것이지만, 또한 이 스마트 탭을 각종 가전 기기에 대하여 보다 적절히 사용하기 위해, 스마트 탭에 적외선 송신 기능, 또는 홈 오토메이션 단자 등의 리모콘 기능을 설치할 수 있다.
이러한 스마트 탭을 사용하여 가전 기기를 운전하는 데 있어서, 가전 기기의 종류에 따라 스마트 탭의 사용 양태가 3개로 나눠진다.
첫번째로서는, TV, 침실이나 거실의 조명이나 에어컨 등의 일부와 같이, 소위 리모콘 기능을 갖는 가전으로서, 가전 기기 자체가 소비 전력의 제어 기능을 구비하는 경우이며, 이 때에는, 스마트 탭이 접속되었을 때에 발휘할 수 있는 수단으로서는, 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, 전류 계측 수단, 전압 계측 수단, 소비 전력 연산 수단, 통신 수단, 검지 수단, 리모콘 제어 수단을 구비하는 스마트 탭이 된다. 즉, 가전 자체가 리모콘 기능과 제어 기능을 갖지만, 이것을 스마트 탭의 리모콘 브리지 기능으로 연동시킴으로써 전력을 제어 및 스위칭 기능에 의해, ON/OFF가 가능해져, 어떤 가전이 어느 정도의 소비 전력이 필요한지를 검출하고, 요구 메시지를 서버에 통지하며, 이것에 의해 서버에서 다른 가전의 전력 상황이 판단된 전력 공급 메시지를 수신한 후, 가전에의 전력 공급이나 정지, 일차 정지, 전력 조정을 행한다.
두번째로서는, 전자레인지, 세탁기, 가습기, 온풍기, 밥솥기 등의 일부와 같이, 리모콘 기능이 없고, 전력 제어가 복잡한 가전 기기이며, 이러한 가전을 스마트 탭에 접속한 경우에는, 어떤 가전이 얼마만큼 소비 전력을 필요로 하는지 계측·연산을 행하고, 이것을 서버에 요구 메시지를 통지하며, 그 외 가전의 전력 상황을 서버에서 판단한 결과의 공급 메시지를 수신한다. 이것에 의해, 가전 기기에의 전력 공급 또는 정지를 행한다. 단 이 경우, 가전의 전력 제어는 할 수 없고, 스위칭 ON/OFF의 기능이 된다.
이러한 가전은 장래 리모콘 기능을 갖는 네트워크 가전이 될 가능성이 있기 때문에, 이 때, 탭은 리모콘 가전과 유사한 제어가 가능해진다.
세번째로서는, 현재의 가전 기기이며, 현관, 부엌, 세면실, 화장실, 욕실 등의 조명, IH 기기, 냉장고, 포트나 온수 변기 등의 가전 기기이다. 이들 가전 기기를 스마트 탭에 접속한 경우에는, 연산 장치를 포함하는 스마트 탭이 구비하는 모든 수단을 활용하여 이들 가전 기기를 제어하게 된다.
본 발명의 스마트 탭에는, 접속하여 이루어지는 가전 기기로부터의 역전류의 방지나, 각 전원으로부터의 이상 전류 방지 등을 위해, 과전류 보호로서 칩 퓨즈, 폴리 스위치나 유리관 퓨즈 등을 내부의 회로에 접속시킬 수 있다.
또한 과전압 보호로서, 배리스터 및 전력 제어 반도체 디바이스의 ON/OFF에 의해 발생하는 고전압 억제를 위한 스위칭 서지 보호 및 전력 제어 디바이스의 발열을 억제하기 위한 가열 보호 기능도 내부의 회로에 설치할 수도 있다.
또한, 접속된 가전 기기의 전원이 OFF가 되어 대기 전력만을 요하는 상태일 때, 이 가전 기기가 접속된 스마트 탭, 또는 이 스마트 탭의 콘센트에 전원을 공급하기 위한 스마트 탭 내의 회로 자체의 소비 전력도 삭감하는 것이 필요한 경우가 있다.
이러한 때에는, 스마트 탭 자체, 또는 스마트 탭 내의 가전 기기가 접속되어 이루어지는 회로 자체도 될 수 있는 한 소비 전력을 삭감하는 것이 필요해질 가능성이 있다. 이 때문에 접속된 가전 기기에의 공급 전력이 그 가전 기기의 대기 전력 이하이면 스마트 탭은 슬립 상태가 되고, 그 상태를 유지한다. 이 슬립 상태는 스마트 탭의 모든 기능을 완전히 휴지시키는 것이 아니라, 예컨대 통신 수단만을 ON으로 해 두어, 접속된 가전 기기가 ON 상태가 되고 서버와 통신시키도록 하여도 좋다.
그 후, 가전 기기로서 공급하는 전력이 이 가전 기기의 대기 전력 이상이 될 때에 동작을 시작하는 웨이크업 기능을 갖고 있고, 그 웨이크업 상태를 라이트 등으로 표시하는 기능을 설치하여도 좋다.
또한, 타이머를 설정하여 임의의 시간에 스마트 탭을 ON으로 하도록 하여도 좋다. 웨이크업 기능은 이 스마트 탭 내에 설치하여 이루어지는 전류 파형 계측 수단으로부터의 직류파형 등을 검지함으로써 발휘시켜도 좋다.
또한, 전류 센서로부터의 직류파형인 아날로그 신호로부터 의사적인 교류 파형의 정현파를 작성하고, 가변 저항에 의해 웨이크업 기동하는 전력의 임계값을 설정할 수 있다. 이것에 의해, 1 W∼10 W 등의 사이에서의 이 임계값의 미세 조정이 가능해지고, 사용하는 가전 기기의 대기 전력 이상이며 가전의 동작 상황을 검지함으로써, 기동을 시작하고, 이 임계값 이하에서는 슬립 상태가 되는 등 탭 자체의 소비 전력을 저감하는 것이 가능해진다.
(실시예)
콘센트 1구당 MOSFET을 4개 사용한 도 6에 도시하는 매립형 콘센트를 상정한 장치를 제작하고, 온도 평가 장치에 의해 통전시의 온도를 측정함으로써, 통신 가능한 매립형 콘센트로서의 적성을 평가하였다.
발열 온도 실측 방법
매립형 콘센트의 모델로서, 우선 단독 1개의 MOSFET에 전류를 투입하고, MOSFET 자체의 발열 온도를 실측하였다.
온도의 측정은, 접촉식 온도계인 SATO 계량기 SK1250(SENSOR K) -30℃∼500℃에 의해 행하였다.
·사용한 반도체 디바이스로서 STM사 제조의 TA 트라이액(제품 번호 BTA24-600 CWRG)
·MOSFET-1은 Infineon사 제조의 MOSFET(IPP110N20N3G: 10.7 mΩ)
·MOSFET-2는 STM사 제조의 MOSFET(STW77N65M5: 38 mΩ)
·하나의 전원 플러그 삽입구당, 통상은 교류를 위해, 전류·전압의 정방향과 역방향의 제어로서 2개의 MOSFET이 필요해진다.
또한, 투입한 교류 전류는 7.5 A(일본에서는 병렬 접속 구조 사양에서 15 A) 투입에 상당하고, 해외 200 V 사용 영역에서 직렬 접속 구조 사양을 상정하였다.
각 디바이스의 발열량의 산출은 H(W)=(전압값)×(전류값)×(저항값)이다.
(실시예 1 및 비교예)
비교예와 같이, 트라이액(TA)은 100 mΩ으로 온 저항이 높고, TA 자신의 발열이 높아지기 때문에, 발열량이 23.3 W로 높았다. 이 때문에 실측 온도도 200℃ 이상에서 실측 불가라는 실용에 견디지 못하는 온도까지 가열되었다.
이에 반해, TA 대신에 MOSFET-1을 사용하면, 온 저항이 10.7 mΩ으로 낮기 때문에, 발열량도 0.6 W로 명백히 TA의 경우보다 낮아지고, 실측 온도가 65℃이기 때문에, 마이크로컴퓨터 제어 및 통신 제어 수단의 수명에 악영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다.
MOSFET-2를 이용하면, 온 저항이 38 mΩ이기 때문에, MOSFET-1보다 높고, 이 때문에 발열량도 2.1 W로 보다 높아졌다. 그 결과, 실측 온도는 100℃을 초과하는 결과가 되었다. 이 결과는 MOSFET-2를 이용한 결과보다 뒤떨어지지만, 실제로는 스마트 탭에 한층 더 병렬 접속 구조 또는 플러그 장치 내의 방열 설계를 채용함으로써 실시할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1에서의 MOSFET-1을 사용하였다. 이 실시예 2에서는, 발열량의 변화가 마이크로컴퓨터 제어 수단 등의 수명에 부여하는 영향을 보았다. 전원 플러그의 삽입구의 외측 온도는 85℃ 미만인 것이 안전성의 점에서 요구된다. 또한 마이크로컴퓨터 제어 수단을 열화시키지 않기 위해서는 그 온도를 80℃ 미만으로 하는 것이 필요하고, 통신 수단에 이르러서는 수정 진동자를 갖는 관계상 70℃ 미만으로 하는 것이 요구된다.
이 실시예 2의 결과에 의하면, MOSFET 단독의 발열량은 1.0 W인 것이, 마이크로컴퓨터 제어 수단이나 통신 수단을 열화로부터 지키기 위해 필요한 발열량인 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
실시예 1에서의 MOSFET-2를 사용하여, 도 6에 도시하는 구조의 배치로써 MOSFET을 병렬 접속에 실장하여 콘센트 구조에서의 발열 온도를 실측하였다.
2개의 MOSFET-2를 병렬 구조로 한 것을 사용하였다. 이 때문에, 예컨대 10 A를 투입하여 MOSFET-2가 2개인 경우, 각각의 MOSFET에는 5 A의 전류가 흐르게 된다.
하기 표 7에 나타내는 실제 콘센트 구조에 있어서, MOSFET의 발열 온도를 실측한 결과로부터 MOSFET의 발열량이 1 W 이하이면 실측 온도가 80℃ 이하가 되는 것을 알 수 있다. 또한 MOSFET의 발열량이 0.6 W 이하이면 70℃ 이하의 발열량으로 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있기 때문에, 특히 통신 수단의 과열을 방지하기 위해서는, MOSFET의 발열량을 0.6 W 이하로 해야 하는 것을 이해할 수 있다.
이러한 결과에 따르면, 실시예에서 사용한 MOSFET을 채용한 매립식 콘센트에 있어서, MOSFET은 통전하는 전류값이 높아질수록 발열하지만, 1.0 W까지의 발열로 저감할 수 있는 MOSFET을 이용함으로써, 80℃ 이하의 발열 온도로 개선할 수 있고, 마이크로컴퓨터 수명의 저감을 억제할 수 있다. 또한 발열량을 0.6 W로 하면 수정 발진자를 구비한 통신 수단도 70℃ 이상으로 가열될 우려가 없다.
또한, 트라이액을 이용하면, 방열을 위해, 콘센트의 박스 케이스의 일부에 금속 방열판을 형성해야 했다.
그러나, MOSFET을 사용함으로써 발열량을 감소시킬 수 있고, 금속 방열판을 필요로 하지 않거나, 또는 콘센트 박스 내의 일부에만 금속 방열판을 설치할 필요가 있는 것에 머물기 때문에, 콘센트 박스 케이스 전체를 수지제로 할 수 있다. 이 때문에 통신 수단을 콘센트 내부에 설치하여 외부의 서버와 통신할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
또한, 반도체 디바이스를 전력 조정으로서 사용함에 있어서, 특히 서버 요청에 의한 상한 전력값 및 피크 커트 전력값에 대하여, 이 콘센트는 반도체 디바이스에 의해, 각 가전 기기의 (1) 전력의 차단, (2) 전력량의 조정이 가능해진다. 더 나아가서는, 확장 기능으로서 적외선 리모콘 기능을 탑재함으로써, 에너지 절약 가전 기기의 전력 조정도 가능해진다.
이 콘센트에 장비되는 전력량 조정으로서, 특히 피크 커트 전력값을 초과하지 않는 제어에 대하여, 기계식 릴레이에서는 ON/OFF의 제어는 가능하지만, 응답 속도가 느리기 때문에 상한값을 초과하지 않는 것을 보증하기 위해서는, 전력량의 마진을 크게 취할 필요가 있었다.
그러나, 이 콘센트에 장비하는 응답 속도가 빠른 반도체 디바이스를 이용함으로써 전력의 상한값을 초과하지 않는 조정에는 작은 마진 설정으로 조정이 가능해져, 상한값을 초과하지 않는 조정이 담보하기 쉬워진다.
(실시예 4)
도 7에 도시하는 구조의 스마트 탭을 이용한 실시예를 이하에 나타낸다.
MOSFET-3으로서 Infinieon 제조의 IPP110N20N3G, MOSFET-4로서 IR 제조의 IRFB4332PbF를 이용하였다. 어느 경우나 콘센트 1구당 2개의 MOSFET을 직렬로 사용하였다.
이러한 실시예 4에 의하면, 콘센트 1구당 2개의 MOSFET을 사용한 경우이며, 전류 15(A)를 투입한 경우, 각각의 MOSFET의 발열량이 2.475 W 및 6.525 W로 높은 경우라도, MOSFET을 기판의 긴 변 등의 변측에 설치하고, 금속제 등의 열전도성이 우수한 케이스를 채용하며, MOSFET과 이 케이스 사이에 절연성 방열 시트를 개재함으로써, 이 케이스를 향해 방열시킴으로써, 마이크로컴퓨터 및 통신 수단의 온도를 정상적으로 80℃ 이하로 시킬 수 있다.
이것에 의해 실시예 1∼3의 장치보다 MOSFET의 사용 개수를 삭감하고, 스마트 탭으로부터의 방열을 케이스에 유도할 수 있으며, 또한 스마트 탭의 수지 등의 무선을 통과시킬 수 있는 부재에 의한 전면의 내측에 통신 수단을 설치함으로써, 실내를 향해 통신을 행할 수 있었다.
(EoD 제어 시스템의 유효성에 관한 실시예)
본 발명의 EoD 제어 시스템이 실제 생활을 통해 QoL(생활의 질)을 손상하지 않고 대폭적인 절전을 실현할 수 있는 것을 실증한다.
3명의 피험자 A, B, C가 동일한 스마트 맨션룸에서 QoL의 실증 실험을 행하였다.
상기 생활 실험에서 사용한 사용 가전으로서, 이하에 나타내는 스마트 가전과 종래 가전을 이용하였다.
·스마트 가전(네트워크에 의한 전력 제어)
조명(거실·침실)·텔레비전·에어컨·전자레인지·세탁기·가습기·히터·밥솥기
·종래 가전(스마트 탭에 의한 전력 제어)
조명(현관·부엌·세면실·화장실·욕실)·전자기 조리기(IH)·냉장고·전기 포트·온수 세정 변기
(실험 내용)
·절전을 하지 않고 통상의 생활을 하고, 표준 소비 전력 패턴을 학습
·1일당 적산 전력량을 표준과 비교하여, 10%, 30%를 삭감한 생활을 각각 행하였다.
·얻어진 데이터를 수치적으로 분석하고, 삭감한 생활이 QoL에 부여하는 영향을 평가하였다.
도 9는 통상 이용시의 소비 전력의 패턴과, 우선도 장치에 의해 10% 삭감한 전력 사용 계획과 실험 계획의 순간 전력의 패턴을 도시하는 도면이다.
도 10은 통상 이용시의 소비 전력의 패턴과, 우선도 장치에 의해 30% 삭감한 전력 사용 계획과 실험 계획의 순간 전력의 패턴을 도시하는 도면이다.
종래의 소비 전력의 패턴과 10%, 30% 삭감의 순간 전력의 패턴이 대략 유사한 것, 그리고, 종래의 소비 전력의 패턴의 상한값을 초과하지 않는 것을 나타내고 있다.
도 11은 통상 이용시의 적산 전력량과, 우선도 장치에 의해 10% 삭감한 전력 사용 계획과 실험 계획의 적산 전력량을 도시하는 도면이다.
도 12는 통상 이용시의 적산 전력량과, 우선도 장치에 의해 30% 삭감한 전력 사용 계획과 실험 계획의 적산 전력량을 도시하는 도면이다.
10% 및 30%의 삭감과 함께, 통상 이용시, 초기 목표값, 그리고 실사용 전력의 적산 전력량의 순으로 소비량이 대략 낮은 값을 나타내고 있고, 또한 종래의 적산 전력량의 상한값을 초과하지 않는 것을 나타내고 있다.
이 도 9∼도 12가 나타내는 값은, 일상 생활의 생활 패턴을 변경하지 않아도 소비 전력 및 적산 전력이 삭감되어 있는 것을 보여주고 있다.
그래서, 3명의 피험자로부터 생활의 체험담을 청취하고, EoD 제어 시스템을 설치한 스마트 맨션룸에서 어떠한 문제점이 생기는지를 조사해 보았다.
(3명의 피험자의 생활의 체험담)
·피험자 A, B, C
전체적으로서 전력 삭감률에 관계없이, 특별히 불편함을 느끼지 않고 생활할 수 있었다.
·피험자 A
전력 삭감 생활을 하고 있는 것을 느끼는 것은, 조명이나 텔레비전이 어둡게 점등되었을 때뿐이며, 모두 익숙해짐에 따라 괜찮아졌다.
·피험자 B
전기 포트가 끓는 것이 느릴 때뿐이며, 모두 익숙해짐에 따라 괜찮아졌다.
·피험자 C
조리를 할 때의 피크 시에는, 다른 가전의 전력을 삭감하여 조리를 하였다.
3명의 피험자의 생활 체험담으로부터, 10%, 30%의 전력 삭감률에 관계없이, 특별히 불편함을 느끼지 않고 생활할 수 있는 것이 판명되었다.
1: MOSFET
2: 전류 측정 수단
3: 연산 장치 4: 통신 수단
5: 연산 장치 전원용 회로 기판 6: 전면
7: 기판 8: 케이스
9: 기판 10: 기판
11: 제어 장치
3: 연산 장치 4: 통신 수단
5: 연산 장치 전원용 회로 기판 6: 전면
7: 기판 8: 케이스
9: 기판 10: 기판
11: 제어 장치
Claims (19)
- 하나 또는 2개 이상의 전원 플러그를 삽입할 수 있는 스마트 탭으로서, 전압 파형 계측 수단, 전류 파형 계측 수단, 무선 통신 수단, 제어 수단, 연산 장치를 구비하고,
상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단은 각각 접속된 전원 플러그를 통해 하나 이상의 가전 각각에 공급되는 전력의 전압 파형 및 전류 파형을 계측하는 수단이며,
상기 무선 통신 수단은, 이 전압 파형 및 이 전류 파형 또는 이들 파형을 처리한 결과를 스마트 탭과는 별도의 장소에 설치된 서버에 송신하고, 이 서버에서 미리 정해진 수용자(需用者)에 의해 선택된 전력량의 일정 기간 또는 순간의 상한값의 범위 내가 되도록, 연산된 결과에 기초하는 제어 신호를 수신하는 수단이며, 상기 제어 수단은 이 제어 신호에 기초하여 가전에 공급되는 전력의 스위칭 및 공급 전력량을 제어하는 수단이고,
상기 무선 통신 수단은 콘센트 삽입구측의 정면의 수지 재료로 이루어지는 패널의 이면에 마련되는 것을 특징으로 하는 스마트 탭. - 제1항에 있어서, 제어 수단이 서버로부터 받은 공급 가능한 전력량에 관한 데이터에 기초하여, 전원 플러그가 접속된 각 가전에의 공급 전력량을 제어하는 기능도 가지며, 상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단으로부터 얻어진 파형을 해석하여 상기 각 가전의 상태 인식·이상을 검지하는 검지 수단, 및 건축물 내에 설치된 센서로부터의 검지 결과를 상기 서버에 송신하기 위한 검지·무선 통신 수단을 더 구비하는 스마트 탭.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 전원으로부터 공급을 받기 위한 스마트 탭.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 스마트 탭이 가옥의 벽부, 천장부, 바닥부 등에 매립되는 매립형 콘센트, 매립형 콘센트나 탭에 접속되는 스마트 탭.
- 제3항에 있어서, 계통 전력, 태양광 발전(PV), 풍력 발전, 소(小)수력 발전, 연료 전지나 축전지 등의 복수의 전원에서 선택된 단일 전원 또는 복수 전원을 시설에 인입하여, 이 시설에 설치되는 스마트 탭.
- 제 1 항에 있어서,
소비 전력량을 계측하기 위한 전류 계측 수단 및 전압 계측 수단을 더 구비하고,
상기 전류 계측 수단 및 상기 전압 계측 수단은 각 가전 기기에 공급되는 전류 및 전압을 계측하고,
상기 연산 장치는 상기 전류 계측 수단 및 상기 전압 계측 수단에서 계측되어 얻은 전류값 및 전압값으로부터 소비 전력량을 구하는 수단이며,
상기 무선 통신 수단은, 상기 전압 파형, 상기 전류 파형, 및 각 가전 기기의 계측 및 산출된 상기 소비 전력량 중 하나 이상을 스마트 탭과는 별도의 장소에 설치된 서버에 송신하고, 이 서버에서 미리 정해진 수용자에 의해 선택된 전력량의 일정 기간 또는 순간의 상한값의 범위 내가 되도록, 연산된 결과에 기초하는 제어 신호를 수신하는 수단이며,
제어 수단은 이 제어 신호에 기초하여 가전 기기에 공급되는 공급 전력량을 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 스마트 탭. - 제6항에 있어서, 제어 수단이 서버로부터 받은 공급 가능한 전력량에 관한 데이터에 기초하여, 전원 플러그가 접속된 각 가전 기기에의 공급 전력량을 제어하는 기능을 가지며,
상기 전압 파형 계측 수단 및 상기 전류 파형 계측 수단으로부터 얻어진 파형을 해석하여 상기 각 가전 기기의 상태 인식·이상을 검지하는 검지 수단을 더 구비하고,
상기 무선 통신 수단은, 건축물 내에 설치된 센서의 검지 결과 및 가전 기기로부터의 제어 신호 중 하나 이상을 수신하여 상기 서버에 송신하는 기능을 갖는 것인 스마트 탭. - 제6항 또는 제7항에 있어서, 리모콘 조작에 의해 전력 제어 기능을 갖는 가전 기기용으로서, 가전 기기의 리모콘 기능을 구비하고, 서버로부터의 전력 삭감의 요청에 기초해, 이 가전 기기 리모콘 기능을 경유하여 가전 기기에의 전력 공급량을 조정 및 ON/OFF할 수 있는 것인 스마트 탭.
- 제6항에 있어서, 상기 제어 수단은, 반도체 릴레이 또는 기계식 릴레이 또는 반도체 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 탭.
- 제9항에 있어서, 상기 무선 통신 수단을 스마트 탭의 콘센트 삽입구측의 정면의 비금속 재료로 이루어지는 패널의 이면에 설치하고, 상기 제어 수단의 발열부를, 방열을 위해 절연성 전열 부재를 개재해 케이스에 고정하는 것을 특징으로 하는 스마트 탭.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제어 수단은 MOSFET을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 탭.
- 제11항에 있어서, 상기 MOSFET의 발열량은 8 W 이하인 것인 스마트 탭.
- 제12항에 있어서, 상기 MOSFET의 발열량은 1 W 이하인 것인 스마트 탭.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 복수의 전원으로부터 공급을 받기 위한 스마트 탭.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 스마트 탭이 가옥의 벽부, 천장부, 바닥부 등에 매립되는 매립형 콘센트, 매립형 콘센트나 탭에 접속되는 탭인 것인 스마트 탭.
- 제14항에 있어서, 계통 전력, 태양광 발전(PV), 풍력 발전, 소수력 발전, 연료 전지나 축전지 등의 복수의 전원에서 선택된 단일 전원 또는 복수 전원을 시설에 인입하여, 이 시설에 설치되는 스마트 탭.
- 제1항, 제2항, 제6항, 제7항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 순간 전력의 상한값 및 일정 기간의 적산 전력량을 일정값 이하가 되도록 제어하기 위한 스마트 탭.
- 제1항, 제2항, 제6항, 제7항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 접속하는 가전 기기의 비사용 시에 스마트 탭 자신의 소비 전력을 저감하기 위한 슬립 기능 및 웨이크업 기능 중 하나 이상을 갖는 스마트 탭.
- 제1항, 제2항, 제6항, 제7항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 접속하는 가전 기기에의 전력의 공급의 OFF, 공급하는 전력량의 조정, 전력의 공급 개시를 행할 수 있는 스마트 탭.
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