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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 스마트 그리드를 지원하기 위해 스마트 수용가를 위한 컴퓨터 기반의 병렬 통신을 이용한 3상 전력 데이터 수집 솔루션을 설계하고 그 시작품을 제작한다. 특히 솔루션은 비주얼 C++ MFC 언어를 이용하여 구현된다.
제안 방법
- 먼저 컴퓨터 기반 솔루션의 성능을 검증하기 위해 220V 60W의 전구 10개로 구성된 부하세트를 구성하여 3상 부하로 활용하였다. 그리고 반복적으로 병렬포트를 통해서 3상 데이터들에 대한 데이터 계측명령을 내리고 그 데이터를 컴퓨터 화면을 통하여 확인한 후, 디지털 멀티 미터(DMM) 값과 비교하여 정확도를 검증하였다. 한 예로서 Va 데이터 수집과정이 설명된다.
- 특히, 컴퓨터 기반의 솔루션의 성능검증을 위해 3상 데이터 신호처리부가 실험적으로 설계, 제작되었다. 그리고 컴퓨터 시스템을 구축한 후, 220V 전구 부하세트를 적용하여 3상 전력 데이터의 계측 능력 및 정확성을 검증하였다. 실측시험에서, 컴퓨터 기반의 3상 데이터 수집 솔루션은 만족스러운 측정 오차 범위 내에서 데이터를 측정함으로서 그 유효성을 보였다.
- 동일한 방법으로 각 상에 대해서 부하전구 220V 60W 부하전구 10개에 순차적으로 전원을 인가하면서 디지털 멀티미터(DMM)를 이용하여 전압, 전류 값을 측정하였다. 동시에 3상 데이터 수집 프로그램을 기반으로 하는 MMI 화면을 통해서 전압, 전류, 유효전력 무효전력 등을 계측하였다.
- 동일한 방법으로 각 상에 대해서 부하전구 220V 60W 부하전구 10개에 순차적으로 전원을 인가하면서 디지털 멀티미터(DMM)를 이용하여 전압, 전류 값을 측정하였다. 동시에 3상 데이터 수집 프로그램을 기반으로 하는 MMI 화면을 통해서 전압, 전류, 유효전력 무효전력 등을 계측하였다.
- 본 연구에서 제안되는 솔루션은 개인용 컴퓨터 하에서 GUI설계가 용이한 비주얼 C++ MFC 언어를 이용하여 구현되었다. 컴퓨터 기반 솔루션은 SPI 통신을 통해 데이터 수집요청을 3상 신호처리부에 요구하게 되며, 컴퓨터는 그 응답을 확인하여 화면에 표시하도록 하였다.
- 본 연구에서는 그림 2에 보인바와 같이, 컴퓨터 기반의 3상 데이터 수집 및 전송 솔루션이 설계되는데, 특히 전력 신호처리부와 SPI통신을 통해서 데이터를 송수신하기 때문에 SPI 통신이 용이한 컴퓨터의 병렬 포트제어를 통한 데이터 수집 솔루션이 설계된다.
- 본 연구에서는 컴퓨터 기반의 3상 전력 데이터 수집솔루션을 설계, 구현하였다. 데이터 수집 솔루션은 비주얼 C++ MFC 프로그램으로 구현되었으며, 통신포트로는 SPI통신에 적합한 병렬 포트가 채택되었다.
- 그림 4는 컴퓨터 기반 3상 전력 데이터 처리 솔루션을 보인다. 솔루션은 기본적으로 SPI 통신에 대한 READ, WRITE 프로토콜을 분석하여 타미밍 차트에 따라 입력신호(비트신호)를 순차적으로 입력함으로써 데이터 송수신이 이루어지도록 하였다. 컴퓨터 표준 병렬포트의 핀 구성은 25개의 핀들 중에서 18～25번까지는 신호 접지를 위해 사용되고, 나머지 사용되지 않은 17개의 핀들 중에서 1～9, 14, 16, 17번의 12개 핀은 출력으로 사용된다.
- 본 연구에서 제안되는 솔루션은 개인용 컴퓨터 하에서 GUI설계가 용이한 비주얼 C++ MFC 언어를 이용하여 구현되었다. 컴퓨터 기반 솔루션은 SPI 통신을 통해 데이터 수집요청을 3상 신호처리부에 요구하게 되며, 컴퓨터는 그 응답을 확인하여 화면에 표시하도록 하였다. 그림 4는 컴퓨터 기반 3상 전력 데이터 처리 솔루션을 보인다.
- 데이터 수집 솔루션은 비주얼 C++ MFC 프로그램으로 구현되었으며, 통신포트로는 SPI통신에 적합한 병렬 포트가 채택되었다. 특히, 컴퓨터 기반의 솔루션의 성능검증을 위해 3상 데이터 신호처리부가 실험적으로 설계, 제작되었다. 그리고 컴퓨터 시스템을 구축한 후, 220V 전구 부하세트를 적용하여 3상 전력 데이터의 계측 능력 및 정확성을 검증하였다.
대상 데이터
- 구현된 솔루션에 대한 성능 시험을 위해 3상 전력신호 처리부가 실험적으로 제작되었다. 3상 전력 신호처리 디바이스에 대한 명령 레지스터는 8비트로 MSB가 R/W 명령비트, 나머지가 어드레스 비트(A6-A0)를 표시한다.
- 먼저 컴퓨터 기반 솔루션의 성능을 검증하기 위해 220V 60W의 전구 10개로 구성된 부하세트를 구성하여 3상 부하로 활용하였다. 그리고 반복적으로 병렬포트를 통해서 3상 데이터들에 대한 데이터 계측명령을 내리고 그 데이터를 컴퓨터 화면을 통하여 확인한 후, 디지털 멀티 미터(DMM) 값과 비교하여 정확도를 검증하였다.
성능/효과
- 1) 소규모 발전소와 다른4 전기 공급자들은 소비자 수요에 대한 실시간 정보를 가지고 전기를 공급하여 전기를 보다 효율적으로 관리한다.
- 2) 태양광, 풍력과 같은 신재생 에너지원들이 보다 쉽게 계통에 통합된다.
- 3) 주택, 오피스 빌딩, 산업용 공장들에서 에너지관리 시스템들은 그들의 에너지 이용을 감시하고 최적화할 수 있도록 한다.
- 5) 스마트 미터기들은 전기 제공자와 사용자 사이에서 에너지 이용 및 가격정보를 중계한다.
- 본 연구에서는 컴퓨터 기반의 3상 전력 데이터 수집솔루션을 설계, 구현하였다. 데이터 수집 솔루션은 비주얼 C++ MFC 프로그램으로 구현되었으며, 통신포트로는 SPI통신에 적합한 병렬 포트가 채택되었다. 특히, 컴퓨터 기반의 솔루션의 성능검증을 위해 3상 데이터 신호처리부가 실험적으로 설계, 제작되었다.
- 그리고 컴퓨터 시스템을 구축한 후, 220V 전구 부하세트를 적용하여 3상 전력 데이터의 계측 능력 및 정확성을 검증하였다. 실측시험에서, 컴퓨터 기반의 3상 데이터 수집 솔루션은 만족스러운 측정 오차 범위 내에서 데이터를 측정함으로서 그 유효성을 보였다.
후속연구
- 그림 10-14는 3상 중 a상의 전압, 전류, 피상전력, 유효전력, 무효전력에 대해서 측정결과를 비교하였으며, 유효 및 무효전력량은 DMM으로 측정할 수 없어 검토되지 못했다. 그리고 보다 정확한 측정값을 얻기 위해서는 켈리브레이션 작업이 추가돼야 할 것으로 판단된다.
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