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[국내논문] 가정용 전력 모니터링 시스템 및 장치식별 알고리즘 개발
Development of Home Electrical Power Monitoring System and Device Identification Algorithm 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.21 no.4, 2011년, pp.407 - 413  

박성욱 (강릉원주대학교 전자공학과) ,  서진수 (강릉원주대학교 전자공학과) ,  왕보현 (강릉원주대학교 전자공학과)

초록
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본 연구에서는 가정용 전력 모니터링 시스템을 구현하고 실험가구에 적용하여 평가하였으며, 평가과정에서 확보한 기기별 전력 사용 패턴 정보를 이용하여 자동 기기 식별 알고리즘을 개발하였다. 실험가구에 적용해본 결과, 기기별 전력사용 정보와 월별 예상 사용량 정보가 전력 소비 절감에 도움이 된다는 응답을 얻을 수 있었다. 그리고 시스템을 보다 편리하게 사용하기 위해서는 설치의 편의성과 UI를 개선해야한다는 응답을 얻었다. 본 연구에서는 UI 개선을 위하여 일반냉장고, TV, 전기밥솥, 김치냉장고, 세탁기를 자동으로 식별하는 알고리즘을 구현하였다. 자동 장치 식별 알고리즘은 전력 모니터링 과정에서 수집한 전력 소비 패턴을 관찰하여 Zero-Crossing Rate(ZC), Variation of On State(VO), Slope of On State(SO), Duty Cycle(DC) 등 4가지 특징을 규정하여 이용하였으며, 특징을 적용하는 시간 구간은 기기가 동작하는 시간이 25% 이상이 되는 2시간 길이의 구간을 이용하였다. 제안된 알고리즘은 테스트 set에 동일한 기기를 포함하는 경우 82.1%의 성능을 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents an electrical power monitoring system for home energy management and an automatic appliance-identification algorithm based on the electricity-usage patterns collected during the monitoring tests. This paper also discusses the results of the field tests of which the proposed syste...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 자동으로 기기를 식별하는 방법으로 쉽게 생각할 수 있는 것은 표준화된 방법으로 센서노드와 기기가 통신하여 식별자를 획득하는 방법을 들 수 있지만, 이는 표준을 따르지 않는 기존의 가전기기 대해서는 적용할 수 없는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 기기별 전력 모니터링 시스템의 편리한 UI를 위하여 설치된 센서노드에서 수집한 전력 사용 정보를 분석하여 자동적으로 가전기기를 식별하는 알고리즘을 개발하였다.
  • 그리고 시스템을 보다 편리하게 사용하기 위해서는 설치의 편의성과 UI를 개선해야한다는 응답을 얻었다. 본 연구에서는 UI 개선을 위하여 일반냉장고, TV, 전기밥솥, 김치냉장고, 세탁기를 자동으로 식별하는 알고리즘을 구현하였다. 자동 장치 식별 알고리즘은 전력 모니터링 과정에서 수집한 전력 소비패턴을 관찰하여 Zero-Crossing Rate(ZC), Variation of On State(VO), Slope of On State(SO), Duty Cycle(DC) 등 4가지 특징을 규정하여 이용하였으며, 특징을 적용하는 시간 구간은 기기가 동작하는 시간이 25% 이상이 되는 2시간 길이의 구간을 이용하였다.
  • 본 연구에서는 가정에서의 에너지 절감을 위한 기기별 전력 모니터링 시스템을 구현하고 그 효과를 13개의 실험가구에 적용하여 살펴보았다. 실험가구에 적용해본 결과, 기기별 전력사용 정보와 월별 예상 사용량 정보가 전력 소비 절감에 도움이 된다는 반응을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 기기별 에너지 사용을 손쉽게 관찰하여 소비자의 자발적인 전력 사용 절감을 유도하는 가정용 전력 모니터링 시스템을 구현하고 실험 가구에 적용하여 평가하였다. 또한, 평가과정에서 확보한 기기별 전력 사용 패턴 정보를 이용하여 자동 기기 식별 알고리즘을 개발하였다.

가설 설정

  • 가전기기 별로 고유한 전기 사용 패턴이 있다는 가정 하에 기기 식별 알고리즘을 개발하였다. 그림 5는 개발에 사용된 가전기기의 전력 사용 정보의 일부분을 보여준다.
  • 전력 신호가 시간 순서로 입력된다고 봤을 때 특정한 레벨이하로 내려가면 off state이며, 특정 레벨 이상으로 올라가면 on state라고 가정하였다. 또한 on state 이후에는 반드시 off state가, off state이후에는 반드시 on state로만 변화한다고 가정하여 모든 입력 신호에 대하여 on/off state를 구분하였다. 그림 6은 TV 전력 신호를 기반으로 on/off state를 구분한 보기를 보여준다.
  • 네 가지 기본 특징들은 모두 전력 신호를 on과 off state로 구분한 뒤 얻어진다. 전력 신호가 시간 순서로 입력된다고 봤을 때 특정한 레벨이하로 내려가면 off state이며, 특정 레벨 이상으로 올라가면 on state라고 가정하였다. 또한 on state 이후에는 반드시 off state가, off state이후에는 반드시 on state로만 변화한다고 가정하여 모든 입력 신호에 대하여 on/off state를 구분하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Smart Grid란? 전기 에너지를 안정적이고 효율적으로 사용하기 위한 노력이 Smart Grid라는 이름으로 전 세계적으로 진행되고 있다. Smart Grid란 기존 전력망에 IT기술을 접목하여 효율적으로 전력을 생산, 전송, 배분, 소비하는 시스템이라고 할 수 있는데1), Smart Grid를 성공적으로 구축하기 위해서는 전기 생산자와 에너지 정책 입안자 뿐 만 아니라 전력 소비자의 이해와 참여가 중요하다2)3). 전기 소비자의 관점에서 Smart Grid는 에너지 비용의 감소와 신재생 에너지의 사용을 의미하는 데, 특히 에너지 비용의 감소는 소비자에게 직접적인 혜택을 줄 수 있다.
전기 소비자의 관점에서 Smart Grid란? Smart Grid란 기존 전력망에 IT기술을 접목하여 효율적으로 전력을 생산, 전송, 배분, 소비하는 시스템이라고 할 수 있는데1), Smart Grid를 성공적으로 구축하기 위해서는 전기 생산자와 에너지 정책 입안자 뿐 만 아니라 전력 소비자의 이해와 참여가 중요하다2)3). 전기 소비자의 관점에서 Smart Grid는 에너지 비용의 감소와 신재생 에너지의 사용을 의미하는 데, 특히 에너지 비용의 감소는 소비자에게 직접적인 혜택을 줄 수 있다.
전력 모니터링 시스템에서 싱크노드의 역할은? 센서노드는 가전기기의 전력 케이블마다 하나씩 연결되어 전력 사용량을 주기적으로 측정하고 이를 무선 통신 수단을 이용하여 싱크노드로 전송한다. 싱크노드는 센서노드에서 수신한 정보를 USB인터페이스를 통하여 정보수집용 서버인 노트 PC로 전달하는 역할을 한다. 노트 PC는 측정된 전력 소비 정보를 저장할 뿐만 아니라 사용자에게 소비되는 전력의 양상 등을 그래프로 사람들에게 보여주는 역할을 한다.
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참고문헌 (11)

  1. 전력IT사업단, "한국형 스마트그리드 비전", 지능형 전력망사업 및 연관사업 세미나(I), 2009년8월. 

  2. Jeffey W. Chapman, "The Economics of Advanced Metering Infrastructure (AMI) Market In the United States," 2010 World Smart Grid Forum, 2010년1월. 

  3. Jeff Lee,"AMI-Lessons learnt, It is all about the customer," 2010 World Smart Grid Forum, 2010년1월 

  4. Dan Partridge, "AMI Project Overview," 2010 World Smart Grid Forum, 2010년 1월. 

  5. ORACLE, MySQL 5.5 Reference Manual, Available: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.5/en/ 

  6. The PHP Group, PHP, Available: http://www.php.net/. 

  7. Adobe Systems Incorporated, Adobe AIR Documentation, Available: http://www.adobe.com/devnet/air/documentation.html. 

  8. 박성욱, 왕보현 외, "기기별 전력 모니터링 시스템 개발에 관한 연구", 한국지능시스템학회논문지, 제20권, 5호, pp. 638-644, 2010년10월. 

  9. B. Neenan and J. Robinson. "Residential electricity use feedback: A research synthesis and economic framework", Technical report, Electric Power Research Institute, 2009. 

  10. J. Zico Kolter, Siddarth Batra, Andrew Y. Ng, "Energy Disaggregation via Discriminative Sparse Coding," Neural Information Processing Systems Conference, Dec 06, 2010. 

  11. D. Hart, "Nonintrusive appliance load monitoring," Proceedings of the IEEE, vol. 80, no. 12, 1992. 

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