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KR20170008584A - 전력계측시스템 - Google Patents

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KR20170008584A
KR20170008584A KR1020150099936A KR20150099936A KR20170008584A KR 20170008584 A KR20170008584 A KR 20170008584A KR 1020150099936 A KR1020150099936 A KR 1020150099936A KR 20150099936 A KR20150099936 A KR 20150099936A KR 20170008584 A KR20170008584 A KR 20170008584A
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안홍선
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

소규모의 전력계통에서 저압계측기를 사용하여 정확한 전력정보를 산출할 수 있는 전력계측시스템이 제공된다. 전력계측시스템은, 배전선로로부터 전류 및 제로크로스 포인트를 측정하여 검출하고, 상기 전류 및 제로크로스 포인트로부터 상기 배전선로의 전류정보를 생성하여 출력하는 제1계측기; 및 상기 배전선로의 전압과 상기 제1계측기에서 출력된 상기 전류정보에 따라 상기 배전선로의 전력정보를 산출하는 제2계측기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력계측시스템{Electric power measuring system}
본 발명은 전력계측시스템에 관한 것으로, 특히 소규모의 전력계통에서 저압계측기를 사용하여 정확한 전력정보를 산출할 수 있는 전력계측시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전력계측시스템은 배전반 또는 분전반 내의 전력계통, 즉 배전선로에서 부하에 흐르는 전압 및 전류를 계측하고, 다양한 연산을 통해 전력량 등과 같은 전력정보를 산출한다.
전력계측시스템에는 배전선로로부터 부하의 전압 및 전류량을 측정하여 각종 계측정보를 생성하는 계측장치가 구비된다. 계측장치는 고압계측기와 저압계측기로 분류된다.
고압계측기는 배전선로로부터 전압과 전류량 모두를 측정하여 1차데이터, 예컨대 배전선로의 전압정보, 전류정보, 역률정보 등의 데이터를 생성하고, 이를 가공하여 2차데이터, 예컨대 배전선로의 전력정보를 생성한다. 저압계측기는 배전선로로부터 전압과 전류량 중 하나를 측정하여 1차데이터를 생성한다.
한편, 소규모의 배전반 또는 분전반에서는 규모 또는 가격적인 요인으로 인하여 저압계측기만 설치되어 전력계측시스템을 구축한다. 그리고, 저압계측기는 배전선로의 전압 또는 전류량 중 하나를 측정하고, 이에 따른 1차데이터를 생성하며, 이를 통신을 통해 외부로 전송한다.
도 1은 종래의 전력계측시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전력계측시스템(1)은 배전반 또는 분전반 내에서 배전선로(10)로부터 전류를 측정하여 전류정보(I)를 생성하는 저압계측기, 즉 전류계측기(20)가 구비된다.
전류계측기(20)는 R상, S상, T상의 위상의 단자를 갖는 3상 평형선로로 구성된 배전선로(10)에서, 어느 하나의 위상에 대한 전류값을 측정한다. 전류계측기(20)는 측정된 전류값으로부터 배전선로(10)의 전류정보(I)를 생성하고, 이를 통신을 통해 외부의 통합계측기(30)로 전송한다.
통합계측기(30)는 외부에서 제공된 전압정보(V), 예컨대 배전선로(10)의 교류전압정보에 기초하여 전류계측기(20)로부터 전송된 전류정보(I)로부터 배전선로(10)의 전력정보(P)를 산출한다. 전력정보(P)는 배전선로(10)의 교류전력량에 대한 정보이다.
이와 같이, 종래의 전력계측시스템(1)에서는 분전반 또는 배전반 내에 전류계측기(20)가 설치되고, 전류계측기(20)로부터 배전선로(10)의 전류정보(I)가 외부의 통합계측기(30)로 전송되어 배전선로(10)의 전력정보(P)가 산출된다.
그러나, 종래의 전력계측시스템(1)에서는 전류계측기(20)가 전류정보(I)를 통합계측기(30)로 전송할 때, 시간 지연 등의 문제로 인하여 전류정보(I)의 위상이 전압정보(V)의 위상과 동기되지 않는 문제가 발생된다.
이로 인하여, 종래의 전력계측시스템(1)에서는 통합계측기(30)에서 배전선로(10)의 전력정보(P)를 산출하는데 있어 전압과 전류의 위상오차가 발생되고, 이는 배전선로(10)의 정확한 전력정보(P)를 산출할 수 없게 되어 계측시스템(1)의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 분전반 또는 배전반 내에 설치된 전류계측기를 이용하여 배전선로의 정확한 전력정보를 산출할 수 있는 전력계측시스템을 제공하고자 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력계측시스템은, 배전선로로부터 전류 및 제로크로스 포인트를 측정하여 검출하고, 상기 전류 및 제로크로스 포인트로부터 상기 배전선로의 전류정보를 생성하여 출력하는 제1계측기; 및 상기 배전선로의 전압과 상기 제1계측기에서 출력된 상기 전류정보에 따라 상기 배전선로의 전력정보를 산출하는 제2계측기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1계측기는 상기 제로크로스 포인트로부터 상기 전류의 위상을 변환하고, 상기 전류의 크기 및 변환된 위상을 포함하는 상기 전류정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1계측기는, 상기 배전선로로부터 상기 전류를 측정하는 측정부; 상기 전류를 디지털 데이터로 변환하는 변환부; 상기 배전선로로부터 전압에서 하나 이상의 상기 제로크로스 포인트를 검출하여 출력하는 제로크로스 검출부; 상기 디지털 데이터로부터 상기 전류의 크기 및 절대위상을 산출하고, 상기 제로크로스 포인트에 따라 상기 전류의 절대위상을 상대위상으로 변환하며, 상기 전류의 크기 및 상대위상을 포함하는 상기 전류정보를 생성하여 출력하는 MCU; 및 상기 전류정보를 상기 제2계측기로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1계측기는 배전선로와 연결되어 제1계측기의 동작전원을 생성하는 전원생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제로크로스 검출부는 상기 배전선로로부터 상기 전원생성부로 제공되는 전압에 대한 제로크로스 포인트를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2계측기는, 상기 전압과 상기 전류의 크기를 곱하여 피상전력을 산출하고, 상기 피상전력에 상기 전류의 상대위상을 곱하여 상기 배전선로의 유효전력을 산출하며, 상기 유효전력을 포함하는 상기 전력정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전력계측시스템은 전류계측기에 구비되는 제로크로스 검출부가 배전선로의 제로크로스 포인트를 검출하고, 검출된 제로크로스 포인트를 이용하여 배전선로에서 측정된 전류의 위상을 전류/전압 간 상대위상으로 변환시킬 수 있다.
이에 따라, 배전선로에서 측정되는 전압과 전류의 위상이 정확하게 동기됨으로써, 통합계측기에서 배전선로의 정확한 전력정보를 생성할 수 있어 전력계측시스템의 계측 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 전력계측시스템은 전류계측기에서 배전선로의 전류/전압 간 상대위상을 산출하여 전송함으로써, 종래의 전력계측시스템과 대비하여 통합계측기의 연산량을 큰 폭으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전력계측시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력계측시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전력계측시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력계측시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력계측시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전력계측시스템(100)은 유/무선 통신망(미도시)을 통해 서로 연결되어 데이터 통신을 수행하는 전류계측기(120)와 통합계측기(130)를 포함할 수 있다.
전류계측기(120)는 분전반 또는 배전반 내에 하나 이상 설치될 수 있다. 전류계측기(120)는 분전반 또는 배전반 내의 배전선로(110)로부터 측정된 전류에 따라 전류정보를 생성하고 이를 통합계측기(130)로 전송할 수 있다.
배전선로(110)는 R상, S상, R상의 위상의 단자를 가지는 3상 평형선로일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 그리고, 전류계측기(120)는 배전선로(110)의 R상, S상, T상 중 어느 하나의 위상에서의 전류를 측정하고, 이를 토대로 배전선로(110)의 전류정보를 산출할 수 있다.
전류계측기(120)는 전류측정부(121), 아날로그-디지털 변환부(이하, A/D변환부)(123), 제로크로스(zero-cross) 검출부(125), 메인프로세서(이하, MCU)(127) 및 통신부(129)를 포함할 수 있다.
전류측정부(121)는 배전선로(110)로부터 부하(미도시)에 흐르는 전류를 측정하고, 이에 따른 전류량, 예컨대 아날로그 데이터 형태의 전류값을 출력할 수 있다.
A/D변환부(123)는 전류측정부(121)에서 출력된 전류값을 아날로그 디지털 변환하여 디지털 데이터 형태의 전류데이터를 출력할 수 있다. A/D변환부(123)는 전류측정부(121)의 전류값을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환할 수 있다.
MCU(127)는 A/D변환부(123)에서 출력된 전류데이터로부터 배전선로(110)에 흐르는 전류의 크기 및 위상, 예컨대 전류의 절대위상을 산출할 수 있다.
또한, MCU(127)는 후술될 제로크로스 검출부(125)에서 출력된 제로크로스 포인트에 따라 기 산출된 전류의 절대위상을 전류/전압 간 상대위상으로 변환할 수 있다.
그리고, MCU(127)는 산출된 전류의 크기 및 전류의 상대위상을 포함하는 배전선로(110)의 전류정보를 생성할 수 있다.
제로크로스 검출부(125)는 배전선로(110)로부터 하나 이상의 제로크로스 포인트를 검출하여 출력할 수 있다. 제로크로스 검출부(125)는 배전선로(110)의 전압, 즉 배전선로(110)의 유도전압의 순시값이 '0'이 되는 지점을 제로크로스 포인트로 검출하여 출력할 수 있다. 제로크로스 포인트는 MCU(127)로 출력될 수 있다.
통신부(129)는 MCU(127)에서 출력된 배전선로(110)의 전류정보를 통합계측기(130)로 전송할 수 있다. 통신부(129)는 전력선통신모뎀(Power Line Communication MODEM), RS-485 직렬통신모뎀, 무선주파수 모뎀(RF MODEM), 지그비(Zigbee)모뎀 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
통합계측기(130)는 전류계측기(120)에서 전송된 전류정보로부터 배전선로(110)의 전력정보를 산출할 수 있다. 통합계측기(130)는 배전선로(110)의 전압 크기에 대한 정보를 제공받고, 이를 이용하여 전류계측기(120)에서 전송된 전류정보로부터 배전선로(110)의 유도전력에 대한 전력정보를 산출할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 전력계측시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 전력계측시스템에서 배전선로의 전력정보를 산출하는 동작에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 전류계측기(120)의 전류측정부(121)는 배전선로(110)로부터 전류를 측정하여 아날로그 데이터 형태의 전류값을 출력할 수 있다(S10).
또, 전류계측기(120)의 A/D변환부(123)는 전류측정부(121)에서 출력된 전류값을 디지털 데이터로 변환하여 전류데이터를 출력할 수 있다(S20).
또, 전류계측기(120)의 제로크로스 검출부(125)는 배전선로(110)로부터 하나 이상의 제로크로스 포인트를 검출하여 출력할 수 있다(S15).
예컨대, 전류계측기(120)는 배전선로(110)로부터 전류계측기(120)의 모든 구성요소들이 동작할 수 있는 동작전원을 생성하는 전원생성부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제로크로스 검출부(125)는 배전선로(110)에서 전원생성부로 연장된 하나 이상의 선로로부터 배전선로(110)의 전압, 즉 배전선로(110)에 흐르는 유도전압에 대한 제로크로스 포인트를 검출하여 출력할 수 있다. 여기서, 전류측정부(121)와 제로크로스 검출부(125)는 동시에 동작될 수도 있다.
전류계측기(120)의 MCU(127)는 A/D변환부(123)에서 출력된 전류데이터로부터 배전선로(110)의 전류의 크기 및 절대위상을 산출할 수 있다. 이어, MCU(127)는 제로크로스 검출부(125)에서 출력된 제로크로스 포인트를 이용하여, 전류의 절대위상을 전류/전압 간 상대위상으로 변환할 수 있다(S30).
그리고, MCU(127)는 전류데이터로부터 산출된 전류의 크기와 제로크로스 포인트로부터 생성된 전류의 상대위상을 포함하는 배전선로(110)의 전류정보를 생성하여 출력할 수 있다(S40).
전류계측기(120)의 통신부(129)는 MCU(127)에서 생성된 배전선로(110)의 전류정보를 유/무선 통신망을 통해 통합계측기(130)로 전송할 수 있다(S50).
통합계측기(130)는 외부에서 제공된 배전선로(110)의 전압정보와 전류계측기(120)에서 전송된 배전선로(110)의 전류정보로부터 배전선로(110)의 전력정보를 생성할 수 있다(S60).
예컨대, 통합계측기(130)는 전압정보의 전압 크기와 전류정보의 전류 크기를 곱하여 배전선로(110)의 피상전력(apparent power)을 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 피상전력에 전류정보의 상대위상(cosΦ)를 곱함으로써, 배전선로(110)의 유효전력(active power)을 산출할 수 있다. 통합계측기(130)는 유효전력을 포함하는 배전선로(110)의 전력정보를 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 전력계측시스템(100)은 전류계측기(120)에 구비되는 제로크로스 검출부(125)가 배전선로(110)의 제로크로스 포인트를 검출하고, 검출된 제로크로스 포인트를 이용하여 배전선로(110)에서 측정된 전류의 위상을 전류/전압 간 상대위상으로 변환시킬 수 있다.
이에 따라, 배전선로(110)에서 측정되는 전압과 전류의 위상이 정확하게 동기됨으로써, 통합계측기(130)에서 배전선로(110)의 정확한 전력정보를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 전력계측시스템(100)은 전류계측기(120)에서 배전선로(110)의 전류/전압 간 상대위상을 산출하여 전송함으로써, 종래의 전력계측시스템과 대비하여 통합계측기(130)의 연산량을 큰 폭으로 감소시킬 수 있다.
전술한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
100: 전력계측시스템 110: 배전선로
120: 전류계측기 121: 전류측정부
123: A/D변환부 125: 제로크로스 검출부
127: MCU 129: 통신부
130: 통합계측기

Claims (6)

  1. 배전선로로부터 전류 및 제로크로스 포인트를 측정하여 검출하고, 상기 전류 및 제로크로스 포인트로부터 상기 배전선로의 전류정보를 생성하여 출력하는 제1계측기; 및
    상기 배전선로의 전압과 상기 제1계측기에서 출력된 상기 전류정보에 따라 상기 배전선로의 전력정보를 산출하는 제2계측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계측시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1계측기는 상기 제로크로스 포인트로부터 상기 전류의 위상을 변환하고, 상기 전류의 크기 및 변환된 위상을 포함하는 상기 전류정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력계측시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1계측기는,
    상기 배전선로로부터 상기 전류를 측정하는 측정부;
    상기 전류를 디지털 데이터로 변환하는 변환부;
    상기 배전선로로부터 전압에서 하나 이상의 상기 제로크로스 포인트를 검출하여 출력하는 제로크로스 검출부;
    상기 디지털 데이터로부터 상기 전류의 크기 및 절대위상을 산출하고, 상기 제로크로스 포인트에 따라 상기 전류의 절대위상을 상대위상으로 변환하며, 상기 전류의 크기 및 상대위상을 포함하는 상기 전류정보를 생성하여 출력하는 MCU; 및
    상기 전류정보를 상기 제2계측기로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계측시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1계측기는,
    상기 배전선로와 연결되어 상기 제1계측기의 동작전원을 생성하는 전원생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력계측시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제로크로스 검출부는, 상기 배전선로로부터 상기 전원생성부로 제공되는 전압에 대한 상기 제로크로스 포인트를 검출하는 것을 특징으로 하는 전력계측시스템
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2계측기는,
    상기 전압과 상기 전류의 크기를 곱하여 피상전력을 산출하고, 상기 피상전력에 상기 전류의 상대위상을 곱하여 상기 배전선로의 유효전력을 산출하며, 상기 유효전력을 포함하는 상기 전력정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력계측시스템.
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