Acrel 선불 에너지 미터 및 에너지 관리 시스템의 응용 분석

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추상적인:본 논문에서는 전통적인 IC카드 선불 에너지 미터의 주요 기능을 설명하고, 그 응용의 장단점을 분석합니다. 통신기술, 지능형 제어기술을 접목한 선불 에너지 미터의 기능 확장을 자세히 소개하고, 선불 에너지 미터의 실용적 가치를 홍보하여 ​​선불 에너지 미터의 잠재적인 기술 발전 추세를 설명합니다.

예어:선불 에너지 미터, 응용 프로그램, 분석

전기 요금은 전력 공급 기업의 생산 및 개발 유지를 위한 주요 자금원이며, 적기 요금 부과 여부는 전력 공급 기업의 자본 순환에 중요한 역할을 합니다. 오랫동안 유지되어 온 "선전기, 후지불" 방식의 전기 소비 모델, 광범위한 전기 사용자 기반, 현장 정전 및 배급 방식의 기술적 한계, 그리고 지원 규정과 시장 경제의 비양립성으로 인해 전력 공급 기업의 전기 요금 부과에 막대한 위험이 수반되어 인력, 재원, 그리고 운영상의 압박이 지속적으로 가중되어 왔습니다. 이러한 맥락에서 전력 시스템 개혁에 더욱 효과적으로 대응하기 위해 선불형 계량기가 널리 보급되었습니다.

초기 핵심 관련 통신 기술의 미숙한 적용으로 인해, 시스템 호환성은 전기 에너지 계량 관리를 위한 원격 자동 검침 시스템의 보급 및 적용에 중요한 걸림돌이 되었습니다. 특히 통신 프로토콜의 호환성과 제조 표준의 불일치는 큰 걸림돌이 되었습니다. 당시의 환경에서 IC 카드형 선불형 에너지 계량기는 통신 기술의 적용 병목 현상을 피할 수밖에 없었습니다.

1. I 카드형 선불 에너지 미터

1.1 주요 기능

1.1.1 계량 기능: 단상 계량 유효 에너지; 과거 전력을 저장하고 전력 동결 기능을 갖습니다.

1.1.2 다중 요금제 기능: 시간 설정 및 다중 요금제 설정이 가능합니다. 시간 시계에는 온도 보상 기능이 있습니다.

1.1.3 통신 기능: RS485 인터페이스 및 적외선 통신 인터페이스를 갖추고 있습니다. RS485 인터페이스는 일반적으로 계측기 내부와 전기적으로 절연되어 있으며, AC 220V 접근 방지 설계를 갖추고 있습니다.

1.1.4. 디스플레이 기능: LCD 디스플레이, 버튼을 누르면 자동으로 디스플레이가 순환되며, 인터페이스에는 남은 전력량, 총 전력량, 현재 전기 가격 등이 표시됩니다.

1.1.5. 전력 구매 정보 복사 기능: 계량기 1개당 카드 1개, 즉 계량기 1개는 IC 카드 1개에만 대응할 수 있습니다. 카드를 삽입하여 전력을 송전하면 계량기의 전력 사용량 정보가 자동으로 IC 카드에 복사됩니다. 전력을 다시 구매하면 카드의 정보가 컴퓨터에 자동으로 기록되어 보관 및 데이터 검증이 가능합니다.

1.1.6. 계량기 재충전 알림 기능: 일반적으로 디스플레이 알람과 정전 알람이 있으며, 부하 차단 기능도 강화되었습니다.

1.1.7. 과부하 제어 기능: 전력 임계값을 설정하여 부하 측 과부하에 대한 전원 차단 제어를 구현할 수 있습니다. 전원 차단 시간은 즉시 전원 차단과 지연 전원 차단 두 가지 방식으로 설정할 수 있습니다. 버튼을 누르거나 카드를 삽입하면 전원이 복구됩니다.

1.1.8. 선불 제어 기능: 계량기는 먼저 전기를 구매한 후 사용하는 관리 방식을 구현합니다. 계량기에 전기가 충전되지 않으면 계량기 내부의 부하 스위치가 자동으로 부하 전원을 차단합니다. 계량기를 충전한 후 계량기를 다시 닫아 부하 전원 공급 기능을 복원합니다. 지속적인 개선을 통해 초과 인출 기능이 추가되어 실제 상황에 따라 적정 수준의 초과 인출을 허용할 수 있습니다. 초과 인출은 설정할 수 있으며, 초과 인출이 완료되면 계량기 전원이 꺼지고, 초과 인출된 금액은 다음 충전 시 자동으로 차감됩니다.

1.1.9. 과잉전력 방지 기능: 전기요금 정책의 거시적 통제로 인해 과도한 전력(량)이 계량기에 충전되는 것을 방지하기 위해, 계량기에 과잉전력 임계값을 설정하여 고객이 한 번에 너무 많은 전력(량)을 충전하는 것을 제한합니다.

10. 보안 보호 기능: 일반적으로 시스템 보안 설계에는 CPU 카드 기술이 사용됩니다. CPU 카드 전력량계와 CPU 카드의 보안 인증은 전력량계 내부의 ESAM 모듈을 통해 이루어집니다. CPU 카드 전력량계의 MCU는 인증 과정에서 데이터 전송 역할만 수행하며, 데이터 암호화 및 복호화에는 관여하지 않습니다. 전력 판매 시에는 일련의 키 인증 테스트를 통해 전력 구매 카드 확인, 전력 구매 카드 정보 쓰기 권한 부여, 바이너리 파일 삭제 권한 부여 등의 작업을 수행할 수 있습니다.

1.2 주요 장점

1.2.1 검침 효율성과 정확성을 향상시킵니다. RS485 인터페이스와 적외선 통신 인터페이스를 통해 해당 휴대용 검침 장치를 현장 일괄 기록에 사용할 수 있습니다. 이는 전력 공급 기업의 에너지 계량기 관리가 급증하는 현 상황에 매우 중요한 영향을 미칩니다.

1.2.2 체납 문제를 효과적으로 해결합니다. 전기 요금 징수 운영 비용을 대폭 절감하고, 전기 요금 징수 보안을 강화합니다.

1.2.3 요금 납부의 어려움으로 인한 모순을 해소합니다. 고객 수의 급격한 증가와 상대적으로 집중된 요금 납부 시간대로 인해 기존 요금제는 요금 납부 혼잡을 유발하기 쉽습니다. 선불 에너지 계량기 도입으로 카운터 요금 부담과 서비스 위험 부담이 크게 줄었습니다.

1.3 응용 프로그램의 문제

1.3.1 공격 방어 능력 부족. IC 카드의 분실 및 손상, 특히 개방형 IC 카드 읽기 및 쓰기 포트는 외부 공격에 취약합니다. 공격 후 증거 확보가 어렵고 내부 통제 시스템 장애를 유발하며, 전기 분쟁 발생 가능성이 매우 높습니다.

1.3.2 관리가 어렵습니다. IC 카드 전력 구매의 갑작스럽고 무작위적인 특성으로 인해 전력 공급 부서의 전력 판매 압력이 가중되었습니다. 동시에 데이터 보안을 위해 스마트 CPU 카드가 현재 널리 사용되고 있습니다. COS 시스템과 동적 키 인증은 데이터 보안을 보장하지만, 동시에 전력 관리 부서의 관리 업무 부담을 가중시킵니다. 더욱이 다중 링크 시연은 예상치 못한 장애 발생 가능성을 높입니다.

1.3.3 전기 요금 정책 조정의 적응성이 부족합니다. 전기 요금은 전기 구매 시 선불 계량기에 자동으로 입력됩니다. IC 카드 선불 계량기에 저장된 전기 요금은 실시간으로 조정될 수 없기 때문에, 요금 조정 시 전력 공급 회사에 상당한 업무 부담을 가중시키고, 고객 또한 의문을 제기하기 쉽습니다.

1.3.4 데이터 수집이 시의적절하지 않습니다. 고객의 전기 소비 현황을 실시간으로 반영할 수 없고, 전기 절도를 효과적으로 모니터링할 수 없으며, 전기 관리 자동화의 실시간 관리 요구를 충족할 수 없습니다.

1.3.5 전력 구매 방식의 기능 확장성이 높지 않습니다. IC 카드를 데이터 전송 매체로 사용하는 선불 시스템은 텔레뱅킹, 온라인 뱅킹 등 다른 전력 구매 방식과 효과적으로 연동하기 어렵습니다. 소비자는 전력 판매점에서 카드를 사용하여 전력을 구매하는 경우가 많아 전력 마케팅 서비스의 질이 저하되고 전력 공급 회사의 업무 부담이 증가합니다. 따라서 IC 카드 선불 전력량계의 실제 적용에 따른 문제점과 단점을 해결하기 위해 통신 시스템의 호환성 문제를 해결해야 합니다. 핵심 관련 기술의 병목 현상을 해결함으로써 선불 전력량계의 원격 적용에 있어 상상할 수 없는 광범위한 활용 가능성을 제공합니다.

2 선불 에너지 미터와 원격 검침 시스템 통합

2.1 원격 검침 시스템의 기본 통신 방식은 주로 광섬유 통신, 전화선 통신, RS485 버스, TV 케이블, 인터넷, 전력선 캐리어 통신, 계측기 버스, 위성 통신, GPRS 및 CDMA 등을 포함합니다. 모든 통신 방식은 장단점과 적용 측면을 가지고 있습니다. 전력 공급 기업의 산업 특성과 저압 전력선 캐리어 확산 스펙트럼, 주파수 호핑, 포워딩 및 릴레이(전력선을 통해 로컬 집중 장치를 통해 캐리어 미터를 라우터 또는 트랜스폰더로 동적으로 설정할 수 있음) 기술의 실제 적용 및 특수 칩의 실제 적용을 결합합니다. 현재 저압 원격 자동 검침 시스템은 주로 전력선 캐리어 중앙 검침 방식 + GPRS 원격 전송 + 선불 에너지 미터 시리즈 기술 솔루션을 채택하고 있습니다.

2.2 시스템 구조: 전력선 통신망을 이용한 중앙 검침 시스템은 중앙 검침 마스터 스테이션, 집전 장치, 집전 장치, 계량기 및 기타 장비로 구성됩니다. 현장 상황에 따라 전용 네트워크를 구축하고, 소프트웨어를 통해 전력 사용량 검침, 제어 및 관리를 수행합니다. 시스템은 3개의 물리 계층과 2개의 링크 계층으로 구성됩니다. 마스터 스테이션의 데이터 수집은 스타 구조를 채택합니다. 즉, 하나의 전력 소비 관리 센터가 여러 집전 장치에 대한 관리 계층입니다. 마스터 스테이션은 GPRS 네트워크를 통해 데이터 집전 장치에 연결됩니다. 집전 장치는 저압 전력선을 통해 연결되고, 집전 장치는 계량기함에 설치되며, 집전 장치와 고객용 전력 계량기는 RS485 인터페이스를 통해 병렬로 연결되어 고객용 계층을 형성합니다.

2.3 시스템 특징

2.3.1 PLC(전력선 통신) 통신 방식을 채택하여 전력망 토폴로지 구조를 효과적으로 활용하고 시공이 간편합니다.

2.3.2 기본 데이터 그룹: 중앙 복사 시스템에 포함된 모든 고객을 선택하여 복사(지점 복사, 전체 복사), 다중 지점 복사를 통해 기본 데이터 그룹을 형성하고 다양한 분석(회선 손실, 다중 요금, 부하 등)을 수행하여 다양한 고객 지능 관리 요구를 충족합니다.

2.3.3 소프트웨어와 하드웨어의 결합: 시스템 설계는 사용자의 요구와 편의성을 충분히 고려합니다. 고정 하드웨어를 기반으로 모든 시스템 기능 보완, 관리 수정, 운영 추가(원격 제어 전원)는 모두 백그라운드 소프트웨어에 의해 완료됩니다.

2.3.4 설치가 편리하고, 신뢰성이 높으며, 안전성이 우수하고, 유지보수성이 뛰어나다는 장점이 있습니다. 동시에 프로젝트 비용이 저렴하고, 시스템 유지보수가 간편하며, 운영 비용도 저렴합니다.

2.4 주요 함수의 적용

원격 선불 에너지 미터는 전력 소비 관리 시스템과 협력하여 원격 미터 판독, 원격 선불, 전기 도난 방지 및 부하 관리와 같은 기능을 실현합니다.

2.4.1 원격 미터 판독

마스터 스테이션은 무작위 검침을 수행하고, 판독 데이터를 통해 현장 에너지 계량기의 고장 여부 또는 고객의 전기 사용량 이상 여부를 판단할 수 있습니다. 메인 스테이션 또한 검침 루틴에 따라 계량기를 검침하고, 판독 데이터를 전력 마케팅 관리 정보 시스템에 전송하여 전기 요금을 계산합니다. 동시에, 마스터 스테이션은 원격 설정을 통해 전기 계량기가 현장 데이터 정보를 정기적으로 보고하도록 할 수 있습니다.

2.4.2 원격 선불

고객은 다양한 방식으로 전기를 구매하여 요금 피크를 효과적으로 피할 수 있습니다. 고객 계량기의 잔액이 0이 되면 계량기는 트립 신호를 출력하여 내부 계전기 또는 외부 부하 제어 스위치를 작동시켜 전원을 차단함으로써 요금 체납 현상을 방지합니다. 원격 선불 방식은 안전하고 신뢰할 수 있으며, IC 카드를 통한 정보 전송으로 인한 카드 미인식 및 정보 오류 등의 장애를 방지합니다. 또한, 전기 요금 조정 시에는 마스터 스테이션을 통해 현장 에너지 계량기의 전기 요금 매개변수를 적시에 일괄 수정하여 현장 에너지 계량기의 전기 요금 매개변수가 요금 조정과 동기화되도록 할 수 있습니다.

2.4.3 도난 방지

현장 전기 계량기의 파라미터가 변경되거나 전압, 전류 손실, 오배선 등의 고장이 발생하면 전기 계량기가 자동으로 주전원에 보고됩니다. 현장에 가서 점검을 받으세요. 이 기능을 통해 전기를 효과적으로 차단하고 문제 발생을 사전에 예방할 수 있습니다.

2.4.4 부하 관리

마스터 스테이션은 현장 에너지 계량기의 전압, 전류, 전력, 전기 등의 데이터를 수집하여 부하 분석 및 관리를 수행할 수 있습니다. 전류 데이터를 기반으로 부하 곡선을 작성하여 전기 부하 변화를 모니터링할 수 있습니다. 전압 데이터를 기반으로 전압 적격률을 계산할 수 있습니다. 에너지 계량기에 유효 전력 한도를 설정하여 고객의 과부하 전력 소비를 제어할 수 있습니다.

2.5 이득 분석

2.5.1 원격 검침을 통해 검침원의 인건비를 대폭 절감할 수 있습니다. 동시에 수동 검침 오류를 방지하고, 검침 오류를 적시에 발견하여 서비스 수준을 향상시킬 수 있습니다.

2.5.2 선불제도 시행으로 인해 체납금이 대폭 감소하고, 전기요금 회수율이 향상되었으며, 전기요금 회수관리 중 현장 전기 복구 운영비용이 절감되었습니다.

2.5.3 현장 전기에너지 계량기의 운영상태를 온라인으로 모니터링 할 수 있으므로 전기 도난을 효과적으로 방지하고 알려지지 않은 전기 손실을 줄일 수 있습니다.

2.5.4 자동 부하 제어로 인해 과부하 미터 소손 현상이 사라지며, 동시에 고객이 전력 소비 용량을 과소 신고하여 시간대별 전기 요금 및 전기 요금 평가를 하지 않는 현상을 방지합니다.

3. Acrel 선불 상품 적용 시나리오

3.1 기능

선불 미터 전기 요금 징수, 관리, 체납금 정산; 후불 관리 모듈 제공; 에너지 소비 분석 모듈;

임대료 및 부동산 수수료, 미납금 징수;

공공장소에서의 공동 전기 요금

공공 장소 및 변전소의 계량기 판독 및 측정에 대한 접근

선불+건물에너지소비량 분류 및 세부항목별 에너지측정 통합시스템;

부동산/부동산 그룹의 중앙화된 재무 관리 및 통제, 하위 부동산에 대한 별도 권한

무선 솔루션은 수정하기 쉽고 디버깅하기 쉽습니다.

4. 제품 선택

5. 결론

기존 선불 에너지 계량기의 많은 단점이 점차 부각되어 현대 전력 관리 요구를 충족하지 못하고 있지만, 단기적으로는 특히 고객 기반이 비교적 분산된 지역에서는 여전히 어느 정도 활용될 수 있습니다. 한편, 사회의 지속적인 발전에 따라 선불 에너지 계량기는 통신 기술 및 지능형 제어 기술과 더욱 긴밀하게 통합될 것입니다. (예: 이동 통신 기술 기반 원격 선불 에너지 계량기는 기존 IC 카드 선불 에너지 계량기를 완전히 대체할 수 있습니다. 에너지 계량기의 적용 범위). 선불 에너지 계량기의 경우, 더 넓은 세계로의 확장을 위해 "원격 실시간 지능형 제어" 기능을 갖추는 것은 필연적인 기술 발전 추세입니다. 전력 공급 기업의 경우, "원격 실시간 지능형 제어" 기능의 보급 및 적용은 일일 전력 소비 관리 수준과 서비스 품질을 지속적으로 향상시킬 수 있을 것입니다.

참고문헌:

[1] Acrel Enterprise Microgrid 설계 및 응용 매뉴얼. 버전 2022.05