전력선 통신기술은 추가 배선이 필요 없는 유용성에도 불구하고 전력선 채널에 대한 정확한 채널 모델링과 전력선 모뎀의 전송 신뢰성에 대하여 많은 문제점을 나타내고 있다. 본 논문에서는 전송선로의 주파수에 대한 잡음과 임피던스 특성을 분석하고, 이의 해결을 위하여 전력선 채널에 Spread Spectrum 기법을 적용한 신호를 전송하였을 때의 시뮬레이션 결과와 구현된 FPGA 보드를 비교분석 하였다. 채널 모델링은 잡음과 감쇄 특성을 고려하였으며, Spread Spectrum 변조 방식을 적용한 전력선 모뎀의 FPGA를 구현하여 성능을 분석하였다.
올해로 창립 20주년을 맞은 송암시스콤(대표이사 이해규)은 전력전자와 통신전문회사로서 1991년 설립되었다. 전력산업 선진화를 추구해 온 송암시스콤은 유비쿼터스 기술을 접목한 전력IT의 미래 산업 환경과 지능형 전력망 기반의 저탄소 녹색성장을 제시하며, 설비의 높은 신뢰도는 물론, 공정하고 투명한 기업 신용을 바탕으로 고객 만족을 위해 노력하고 있다. 또한, 그 동안 축적된 노하우를 바탕으로 전력IT와 정보통신 및 각종 응용분야에서 새 시대 전력문화의 장을 열기 위해 신기술과 신제품 개발에 더욱 정진하고 있다.
전력선통신 변조방식 중 FSK(Frequency Shift Keying) 변조방식을 이용하여 컴퓨터와 RS232 케이블로 전력선모뎀과 연결하여 컴퓨터의 데이터신호를 전력라인으로 직접 송신할 수 있게 하였으며, 수신부에서 데이터신호를 검출하여 가전기기의 전원을 ON/OFF하였다.
수중에서는 대기와는 달리 매질의 차이로 인하여 통신의 제약이 따르므로 초음파를 이용하여 정보를 송 수신한다. 수중통신을 하기 위해서는 신호를 증폭시키는 전력증폭기와 초음파를 발생시키는 트랜스듀서가 필요하다. 전력증폭기는 수중에서의 발열과 연료문제로 인하여 높은 효율로 동작하여야한다. 하지만 전력증폭기에 인가되는 고정전압과 출력전압의 차이로 인해 손실이 발생하여 효율이 저하된다. 그러므로 본 논문에서는 전력증폭기의 효율 향상을 위해 출력전압에 따라 인가전압을 가변하는 ET(Envelope Tracking) 기술을 적용하기 위한 4[kW]급, 20[kHz]의 대역폭을 갖는 가변 DC-DC 컨버터를 설계하고 시뮬레이션을 통해 특성을 확인하였다.
본 논문에서는 CAN(Controller Area Network) 통신 기능을 갖는 전력계측 장치와 이를 통해 계측, 분석된 전력신호를 모니터링과 제어할 수 있는 시뮬레이터 서버 응용프로그램으로 구성된 CAN BUS 기반의 전력계측 및 감시 시스템을 모의 구현하였다. CAN 통신은 기존의 전력감시 제어시스템에서 사용되는 RS-232기반의 통신방식보다 시스템 유지정비 및 확장이 쉽고 데이터의 신뢰도가 뛰어나다. 본 논문에서 전력신호는 PSCAD/EMTDC등에서 시뮬레이션한 파형을 이용 DAQ Device를 이용하여 출력된 아날로그 파형을 입력하여 계측하였고, 전력계측 장치의 하드웨어는 64Kbyte 마이크로 콘트롤러를 이용하여 두 개의 노드로 구성하였고, 원격감시 시뮬레이터 서버 프로그램은 GUI 기반의 윈도우즈 응용프로그램인 LabVIEW7.1을 사용하여 제작하여 입력된 신호를 샘플링한 데이터로 시뮬레이션을 수행하였다.
본 논문의 X-대역 25W 전력증폭기 모듈은 위성통신용 지상단말기의 송신기에 사용되는 것으로, 정지궤도 36,000Km 통신위성에 송신하기 위한 송출장비인 고출력증폭기를 구성하는 일부분이다. 지상단말에서 사용하는 고출력증폭기는 총 4개의 전력증폭기 모듈이 연계구조형으로 구성되어 고출력의 특성을 갖는다. 연계구조형에 사용된 전력증폭기 모듈 4개중에 각 모듈은 순차구조형(Serial Combining Structure)으로 구성된다. 이 전력증폭기 모듈은 Hybrid 기법을 이용하여 10개의 MMIC 전력 증폭기 칩과 Al2O3 박막 기판으로 제작한 회로를 결합하여 PAM(Power Amplifier Module)을 구성함으로써 X-대역 운용주파수에서 출력전력 25W의 전력증폭기 모듈을 구현하였다.
본 논문에서는 RF CMOS 180-nm 공정을 이용하여 무선 통신 기기에서 quad-band를 지원하기 위한 전력 증폭기를 설계하였다. 제안한 전력증폭기는 low-band인 0.9,1.8,2.4 GHz 와 high-band인 5 GHz 로 구성되어있으며, 각각 입력 정합회로에서는 스위치를 사용하지 않는 구조를 제안하였다. 그리고 최대 선형 전력 확보를 위해 출력 정합회로는 각 주파수 대역에서의 전력 정합지점으로 임피던스 변환을 진행하였다. 제안한 전력증폭기는 무선 통신 변조 신호를 사용하여 검증하였다. Long-term evolution(LTE) 10 MHz 변조 신호를 이용하여 0.9 GHz 및 1.8 GHz 를 측정하였으며, 이때 출력 전력은 각각 23.55 dBm 및 24.23 dBm으로 측정 되었고, 20 MHz 변조 신호를 사용한 경우, 1.8 GHz에서 출력 전력 22.24 dBm 이 측정되었다. Wireless local area network(WLAN) 802.11n 변조 신호를 이용하여 2.4 GHz 및 5.0 GHz 대역을 측정하였으며, 출력 전력은 20.58 dBm 및 17.7 dBm으로 확인되었다.
무선통신의 효용성이 증가되면서 다양한 분야에서 유선과 무선을 통합한 형태의 연결망이 구축되고 있으며, 이에 따라 저속, 저가, 저전력의 무선통신 분야의 기술 규격에 대한 요구사항이 제기되고 있다. 본 고에서는 무선으로 저속의 데이터 전송률을 요구하는 다양한 응용분야에 널리 활용될 수 있는 IEEE 802.15.4 저속 무선 PAN의 표준안과 응용서비스에 대해 살펴본다. 저속 무선 PAN 표준안의 주요 특징은 네트워크 구성의 유연성, 저가, 저전력 소모에 있다.
본 논문은 현재 급격히 증가하는 전력을 효율적으로 관리하고 낭비를 최소화하기 위한 전력 관리 시스템을 제안한다. 기업, 공장, 관공서, 학교 등의 환경에 최적화된 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 기반으로 한 산업용 전력관리시스템을 구현하였다. 콘센트에 직접 부착하여 전력량 측정 및 전력제어가 가능하다. 전력센서를 PLC(Power Line Communication)와 TCP/IP 통신을 통하여 하나의 네트워크로 구성하고 전력을 감시 및 제어한다. 수집된 데이터를 기반으로 전력을 효율적으로 유지관리 할 수 있으며, 또한 안드로이드 기반 앱을 통하여 언제 어디서나 서버에 접속하여 전력량을 관리하고 낭비되는 전력을 효율적으로 관리할 수 있는 시스템을 구현하였다.
선진 전력시장에서는 전력산업의 환경이 수용가 중심의 시장구조로 변화함에 따라, 이들을 대상으로하여 IT 기반의 다양한 전력부가서비스가 제공되고 있다. 이러한 서비스에 대한 연구개발은, 시간이 흐르면서 단방향이 아닌 양방향 통신 기반의 소비자 중심 서비스 분야로 확대되는 경향을 보인다. 특히, 미국 EPRI의 IntelliGrid 컨소시엄에서 제시한 수용가 포탈은 소비자 영역내의 장비와 에너지 서비스 기관 간의 양방향 통신을 지원하는 통합적인 개념의 서비스 기반으로, ESP(Energy Service Provider)와 소비자는 더욱 상세한 정보를 이용하여 더 많은 이익과 혜택을 기대할 수 있다. 이에 비해 국내의 전력부가서비스 제공 수준은 아직 시작 단계에 불과하지만, 머지않아 국내 전력시장 역시 양방향 통신 기반의 수준 높은 전력부가서비스를 요구하게 될 것으로 보인다. 따라서 국내환경에 적합한 수용가 포탈 기반의 전력부가서비스 개발이 필요하며 이를 통해 수용가에게는 비용 절감이 가능한 합리적인 소비 방안을 제시하고, ESP에게는 부하 수요관리 및 투자비를 절감할 수 있는 기회를 제공해야 할 것이다. 본 논문에서는 새로운 전력부가서비스를 기반이 될 수용가 포탈을 분석하고, 현행 전력부가서비스의 현황과 동향 분석, 적용가능 기술 분석을 수행하여 그 결과를 바탕으로 국내환경에 적합한 수용가 포탈시스템 기반의 전력부가서비스 선정 및 구축 방안을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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