KR102187327B1 - Dynamic management and control system for a building electric demand based on automated machine learning scheme - Google Patents

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KR102187327B1
KR102187327B1 KR1020200060806A KR20200060806A KR102187327B1 KR 102187327 B1 KR102187327 B1 KR 102187327B1 KR 1020200060806 A KR1020200060806 A KR 1020200060806A KR 20200060806 A KR20200060806 A KR 20200060806A KR 102187327 B1 KR102187327 B1 KR 102187327B1
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KR1020200060806A
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박길현
백수곤
한세경
김경각
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에스텍아이앤씨(주)
박길현
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Abstract

The present invention relates to a system for optimal management and control of a load of a building based on automated machine learning and, more specifically, to a system for optimal management and control of the load of a building based on automated machine learning which probabilistically predicts the amount of generation and demand, plans an optimal schedule of an energy storage device based on a prediction result, and manages the load of the building according to a planned schedule.

Description

자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템 {DYNAMIC MANAGEMENT AND CONTROL SYSTEM FOR A BUILDING ELECTRIC DEMAND BASED ON AUTOMATED MACHINE LEARNING SCHEME}Building load optimal management and control system based on automatic machine learning {DYNAMIC MANAGEMENT AND CONTROL SYSTEM FOR A BUILDING ELECTRIC DEMAND BASED ON AUTOMATED MACHINE LEARNING SCHEME}

본 발명은 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발전설비와 계통설비 및 에너지저장장치를 모두 이용하는 건물에서, 발전량과 수요량을 확률론적으로 예측하고, 이를 근거로 에너지저장장치의 최적 스케줄을 계획하며, 계획된 스케줄에 따라 건물 전력부하를 관리하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for optimal management and control of building loads based on automatic machine learning, and more particularly, in a building using both power generation facilities, system facilities, and energy storage devices, probabilistic prediction of power generation and demand, and based on this The present invention relates to an automatic machine learning-based building load optimal management and control system that plans the optimal schedule of an energy storage device and manages the building power load according to the planned schedule.

최근의 빌딩들은 대형화, 고기능화되어 감에 따라 공조, 위생, 전력, 조명, 방범, 방재, 수처리 등의 각종 설비들이 복잡하게 설치되고, 이들 설비들을 감지하고 제어하기 위해 다양한 빌딩설비 관리 자동화 시스템이 제안되고 있다.As recent buildings become larger and more functional, various facilities such as air conditioning, sanitation, power, lighting, crime prevention, disaster prevention, and water treatment are installed in a complex manner, and various building facility management automation systems are proposed to detect and control these facilities. Has become.

빌딩설비 관리 자동화 시스템은 시스템을 전반적으로 관리 제어하는 중앙관제장치와, 기계실과 전기실 및 조명기기 등의 각종 설비를 구성하는 현장기기와, 현장기기들의 작동을 제어하며, 현장기기들의 정보를 수집, 분석하여 대응하고, 수집 분석한 정보를 중앙관제장치로 전송하는 원격제어반으로 구성된다.The building facility management automation system controls the operation of field devices and field devices that make up various facilities such as a central control device that manages and controls the overall system, machine room, electrical room, and lighting equipment, and collects information of field devices. It consists of a remote control panel that analyzes and responds, and transmits the collected and analyzed information to the central control unit.

원격제어반은 중앙관제장치의 제어를 받아 현장기기들을 제어하기도 하지만, 현장기기들의 작동을 독자적으로 제어할 수 있도록 독립적인 운영도 가능하다.The remote control panel controls field devices under the control of a central control system, but can be operated independently so that the operation of the field devices can be independently controlled.

생산성을 극대화하고 쾌적한 사무 환경을 유지할 수 있는 지능형 빌딩(IB, Intelligent Building)으로의 변화가 요구되고 있다.There is a need for a change to an intelligent building (IB) that can maximize productivity and maintain a pleasant office environment.

우리나라는 최근 몇 년간 심각한 전력난을 경험하고 있으며, 수요관리정책에 따라 민간은 물론 국가적 차원에서 전력사용량을 줄이기 위한 대책을 마련하고 있다. Korea has experienced a severe power shortage in recent years, and in accordance with demand management policies, measures are being taken to reduce power consumption at the national level as well as the private sector.

이에 국가 전체 에너지 사용량의 상당부분을 차지하는 건물에너지를 관리하고 줄이는 것이 점차 중요한 이슈가 되었고 BEMS(Building Energy Management System) 도입이 의무화 되었다. Accordingly, managing and reducing building energy, which accounts for a significant portion of the nation's total energy use, has become an increasingly important issue, and the introduction of the Building Energy Management System (BEMS) has become mandatory.

BEMS는 건축물의 쾌적한 실내환경 유지와 효율적인 에너지 관리를 위하여 에너지 사용 내역을 모니터링 하여 최적화된 건축물 에너지 관리방안을 제공하는 계측, 제어, 관리, 운영 등이 통합된 시스템이다.BEMS is an integrated system of measurement, control, management, and operation that provides an optimized energy management plan for buildings by monitoring energy use for efficient energy management and maintaining a pleasant indoor environment of buildings.

이러한 지능형 빌딩을 자동화하는 건물자동화시스템(BAS)은 실시간 모니터링과 제어를 요구한다.Building automation systems (BAS) that automate such intelligent buildings require real-time monitoring and control.

건물자동화시스템(BAS)은 조명, 열원 기기 등의 건물 내 전력 기기의 동작을 원격자동제어하기 위한 시스템이지만, 통상 간단한 연동 로직이나 미리 정해진 스케줄 제어로직(시나리오)이 탑재되어 있다.The building automation system (BAS) is a system for remotely and automatically controlling the operation of power equipment in a building such as lighting and heat source equipment, but is usually equipped with a simple interlocking logic or a predetermined schedule control logic (scenario).

건물자동화시스템(BAS)은 전담 인원 없이 시나리오 기반 제어 상태로 방치되는 경우가 대부분이고, 초기 시나리오에 전적으로 의존하여 시간이 지날수록 전반적인 효율성이 떨어지는 문제가 있으며, 제어에 앞서 적용하려는 각각의 건물(설치 된 IOT센서, 열원 및 전력 설비 구성, 구성원 등)별 검증 및 보정 과정을 필요로 하는 불편함이 있다.Building automation systems (BAS) are often left in a scenario-based control state without a dedicated person, and there is a problem that the overall efficiency decreases over time due to full dependence on the initial scenario, and each building (installation) to be applied prior to control IOT sensor, heat source and power facility configuration, members, etc.) have the inconvenience of requiring verification and calibration.

아울러, 건물자동화시스템(BAS)은 자동화된 제어알고리즘이 탑재되어 있지 않아, 관리자의 주관적인 판단에 의해 제어되고 있는 실정으로, 자동으로 에너지 절약을 함과 동시에 기기들을 최적 제어하지 못하는 문제가 있다.In addition, the building automation system (BAS) is not equipped with an automated control algorithm, and thus is controlled by the subjective judgment of the manager. Therefore, there is a problem in that it is not possible to optimally control devices while saving energy automatically.

예를 들어, 갑작스러운 정전, 고전력 기기 추가로 인한 수요 전력 급변, 연차 별 지역 및 건물의 수요 전력 추세 변화, 사용자(USER) 변화, 친환경 에너지원 추가, ESS 연동 등에 대한 환경변화에 따른 즉각적인 동적 대응이 어려운 문제가 있다.For example, sudden power failure, sudden change in power demand due to the addition of high-power devices, changes in demand power trends in regions and buildings by year, changes in users, addition of eco-friendly energy sources, and immediate dynamic response to environmental changes I have this difficult problem.

한국공개특허 [10-2016-0022487]에서는 최대 수요전력 관리시스템이 개시되어 있다.In Korean Patent Publication [10-2016-0022487], a maximum power demand management system is disclosed.

한국공개특허 [10-2016-0022487](공개일자: 2016년03월02일)Korean Patent Publication [10-2016-0022487] (Publication date: March 2, 2016)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 발전설비와 계통설비 및 에너지저장장치를 모두 이용하는 건물에서, 발전량과 수요량을 확률론적으로 예측하고, 이를 근거로 에너지저장장치의 최적 스케줄을 계획하며, 계획된 스케줄에 따라 건물 전력부하를 관리하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention was conceived to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to probabilistically predict the amount of power generation and demand in a building using both power generation facilities, system facilities, and energy storage devices, and It plans the optimal schedule of the energy storage device and provides an automatic machine learning-based building load optimal management and control system that manages the building power load according to the planned schedule.

본 발명의 실시 예 들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. .

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은, 자가발전장치(10)의 발전량을 기계학습 기반으로 확률론적으로 예측하는 발전량예측부(100); 수요설비(40)의 전력 수요량을 기계학습 기반으로 확률론적으로 예측하는 수요량예측부(200); 상기 발전량예측부(100)에 의해 발전량, 상기 수요량예측부(200)에 의해 예측된 전력 수요량, 기존 발생 피크부하, 전력 요금제 및 전력저장장치(30)의 상태값 정보를 포함하여 건물 전기요금이 최소화 될 수 있도록 하는 전력저장장치(30) 또는 건물부하의 최적 스케줄을 생성하는 스케줄생성부(300); 및 상기 스케줄생성부(300)에 의해 생성된 전력저장장치(30)의 최적 스케줄에 따라 상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전이 제어되도록 상기 자가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 간의 전기적 연결을 제어하는 전력제어부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a power generation amount probabilistically predicting the power generation amount of the self-power generation device 10 based on machine learning. A prediction unit 100; A demand forecasting unit 200 for probabilistically predicting the power demand of the demand facility 40 based on machine learning; Including the amount of electricity generated by the generation amount predicting unit 100, the amount of electric power demand predicted by the demand amount predicting unit 200, the existing peak load, the power rate plan, and the state value information of the power storage device 30 A power storage device 30 that can be minimized or a schedule generator 300 that generates an optimal schedule of a building load; And the self-powered device 10 and the power system 20 so that charging and discharging of the power storage device 30 is controlled according to the optimal schedule of the power storage device 30 generated by the schedule generator 300. It characterized in that it includes; a power control unit 500 for controlling the electrical connection between the power storage device 30 and the demand facility 40.

또한, 상기 수요량예측부(200)는 시계열 모델, 자동패턴분류기법 및 인공신경망모델 중 선택되는 복수의 방법론을 시기별 정확도에 따라 동적으로 결합하여 최종 예측치를 일정 시간별로 주기적으로 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the demand forecasting unit 200 is characterized in that a plurality of methodologies selected from a time series model, an automatic pattern classification technique, and an artificial neural network model are dynamically combined according to time-specific accuracy to periodically generate a final prediction value for each predetermined time. do.

또, 상기 수요량예측부(200)는 K-mean 기법을 통한 자동 부하패턴 분류와 가장 유사도가 높은 패턴을 기 설정된 입력 요소로부터 추출해내는 방법론과, 해당 입력 요소를 통해 인공신경망을 학습 시키고 이를 통해 예측하는 방법론을 예측 정확도에 따라 동적으로 취합하여 최종 예측 결과를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the demand forecasting unit 200 has a methodology for extracting a pattern with the highest similarity to the automatic load pattern classification through the K-mean method from a preset input element, and learning an artificial neural network through the corresponding input element and predicting through it. It is characterized in that a final prediction result is generated by dynamically collecting the methodologies according to prediction accuracy.

또한, 상기 수요량예측부(200)는 다음식,In addition, the demand forecasting unit 200 is the following equation,

Figure 112020051241919-pat00001
Figure 112020051241919-pat00001

(여기서,

Figure 112020051241919-pat00002
는 최종 결과,
Figure 112020051241919-pat00003
는 클러스터링모델의 결과,
Figure 112020051241919-pat00004
는 인공신경망모델의 결과, A는 클러스터링모델의 과거 데이터의 정확도 B는 인공신경망모델의 과거 데이터의 정확도)(here,
Figure 112020051241919-pat00002
Is the final result,
Figure 112020051241919-pat00003
Is the result of the clustering model,
Figure 112020051241919-pat00004
Is the result of the artificial neural network model, A is the accuracy of the past data of the clustering model, B is the accuracy of the past data of the artificial neural network model)

에 의해, 클러스터링 모델과 인공신경망모델 각각의 과거 데이터의 정확도에 따른 가중치를 부여하여 최종 결과를 도출하는 것을 특징으로 한다.By, the clustering model and the artificial neural network model each have a weight according to the accuracy of the past data to derive the final result.

또, 상기 스케줄생성부(300)는 다음식,In addition, the schedule generation unit 300 is the following equation,

Figure 112020051241919-pat00005
Figure 112020051241919-pat00005

Figure 112020051241919-pat00006
Figure 112020051241919-pat00006

을 근거로 상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 한다.The charging/discharging schedule of the power storage device 30 is generated on the basis of.

또한, 상기 전력제어부(500)는 상기 자가발전장치(10), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)에서 미리 정의된 운전특이상태가 발생될 경우, 해당 사항을 경보하는 운전특성경보체계에 따라 경보를 발생시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the power control unit 500 is a driving characteristic alarm system that alarms when a pre-defined operation specific state occurs in the self-powered device 10, the power storage device 30, and the demand facility 40. It is characterized in that it generates an alarm according to.

또, 상기 전력제어부(500)는 전력 사용자의 수요 특성을 취득하고, 기준 값이 되는 특성 항목들을 레이블(Label) 처리하여 모은 데이터 세트(Data Set)를 이용하여 러닝 모델(Learning Model) 함수를 결정하고, 이를 이용하여 산출된 값을 바탕으로 상기 자가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 간의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the power control unit 500 acquires demand characteristics of power users and determines a Learning Model function using a data set collected by label processing characteristic items that become reference values. And, based on the value calculated by using this, it is characterized in that the electrical connection between the self-powered device 10, the power system 20, the power storage device 30, and the demand facility 40 is controlled.

또한, 상기 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 상기 발전량예측부(100)에 의해 예측된 발전량, 상기 수요량예측부(200)에 의해 예측된 전력 수요량 및 상기 스케줄생성부(300)에 의해 생성된 전력저장장치(30)의 최적 스케줄에 따라 예측된 전력부하의 변동치를 산정하고 이에 요금 적용을 하여 경제성을 산출하는 경제성분석부(400);를 더 포함하며, 상기 전력저장장치(30)의 최적 스케줄 생성 및 경제성 산출을 반복적으로 수행하여 최적화 기법을 통해 상기 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 제어스케줄 후보를 계속 업데이트하며 가장 최저 요금이 유도되는 제어스케줄을 생성하여 최종적인 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system includes the power generation amount predicted by the power generation amount prediction unit 100, the power demand amount predicted by the demand amount prediction unit 200, and the schedule generation unit 300. An economical analysis unit 400 that calculates a change in the predicted power load according to the optimal schedule of the power storage device 30 generated by and applies a charge thereto to calculate economical efficiency; further comprising, the power storage device ( 30), the optimal schedule generation and economical calculation are repeatedly performed, and the power storage device 30 and the demand facility 40 control schedule candidates are continuously updated through an optimization technique, and a control schedule in which the lowest charge is induced is generated. It is characterized in that it controls the conventional power storage device 30 and the demand facility 40.

아울러, 상기 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 수요설비(40)의 제어가 가능한 설비제어부(900)를 포함하며, 상기 설비제어부(900)는 기계분야제어부, 전력분야제어부, 조명분야제어부, 에스아이(SI; System integration)분야제어부, 뱀스(BEMS; building energy management system)분야제어부 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system includes a facility control unit 900 capable of controlling the demand facility 40, and the facility control unit 900 includes a machine field control unit, a power field control unit, and lighting. It characterized in that it comprises at least one selected from the field control unit, SI (System integration) field control unit, and BMS (building energy management system) field control unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템에 의하면, 기존의 단순로직(특정 부하량 근접시 부하차단)기반의 기존 피크부하제어기(고정제어)와 달리 본 발명은 학습에 의한 부하 및 발전량 예측을 하고 이에 기반하여 피크부하를 억제할 수 있는 최적의 에너지저장장치 또는 부하스케줄을 실시간으로 생성하여 제어(동적제어)함으로써, 건물 전력부하의 최적 관리가 가능한 효과가 있다.According to the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention, the present invention is different from the existing peak load controller (fixed control) based on the existing simple logic (load cutoff when a specific load is close). By learning to predict the load and power generation, and by generating and controlling (dynamic control) the optimal energy storage device or load schedule that can suppress the peak load in real time based on this, there is an effect that it is possible to optimally manage the power load of the building. .

즉, 발전설비와 계통설비 및 에너지저장장치를 모두 이용하는 건물에서, 발전량과 수요량을 확률론적으로 예측하고, 이를 근거로 에너지저장장치의 최적 스케줄을 계획하며, 계획된 스케줄에 따라 건물 전력부하를 관리함으로써, 매 순간 순간 발생하는 전력 관련 인자를 실시간으로 최적화 처리하여 기기 사용 효율을 극대화하고, 일반 사업자의 이윤을 확대하면서도 국가의 전기 에너지 원가를 극소화시키는 효과가 있다.That is, in buildings that use both power generation facilities, system facilities and energy storage devices, by probabilistically predicting the amount of power generation and demand, planning the optimal schedule for energy storage devices based on this, and managing the building power load according to the planned schedule. In addition, the power-related factors that occur every moment are optimized in real time to maximize the efficiency of device use and increase the profits of general operators, while minimizing the country's electric energy cost.

또한, 기존의 로직방식의 고정제어가 가지는 문제점은 기준치를 얼마로 설정하냐에 따라 성능의 편차가 아주 심해지는데 이 기준치 설정 자체를 결국 사람이 해야 하고 변화하는 건물 부하 상황을 반영하지 못하는 반면, 본 발명은 미래를 예측하여 가장 최적의 시나리오를 동적으로 생성하며 계속하여 예측 및 시나리오생성을 갱신하기 때문에 건물 수요 패턴의 변화에 능동적으로 대응 가능한 효과가 있다.In addition, the problem with the existing fixed control of the logic method is that the performance fluctuations are very severe depending on how much the reference value is set, and this reference value must be set by a person in the end and cannot reflect the changing building load situation. The invention predicts the future, dynamically generates the most optimal scenario, and continuously updates the prediction and scenario generation, so that it is possible to actively respond to changes in building demand patterns.

또, 기계학습 기반 예측 알고리즘을 통해 환경변화의 유연한 대응이 가능한 효과가 있다.In addition, it is possible to flexibly respond to environmental changes through machine learning-based prediction algorithms.

또한, 클러스터링모델(K-mean 기법)과 인공신경망모델을 동적으로 취합하여 최종 예측 결과를 생성함으로써, 시간대별 오차량(variance error)을 보정함으로써, 예측모델의 성능을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the clustering model (K-mean technique) and the artificial neural network model are dynamically collected to generate the final prediction result, thereby correcting the variance error for each time period, thereby improving the performance of the prediction model.

또, 클러스터링 모델과 인공신경망 모델 각각의 과거 데이터의 정확도에 따른 가중치를 부여하여 최종 결과를 도출함으로써, 오차보정을 통해 예측모델의 성능을 더욱 향상시키는 효과가 있다.In addition, the clustering model and the artificial neural network model are given weights according to the accuracy of the past data to derive the final result, thereby further improving the performance of the predictive model through error correction.

또한, 목적함수, 제약조건 및 배터리 비용 산출 수식을 이용함으로써, 전력저장장치의 최적 스케줄을 생성할 수 있는 효과가 있다. In addition, by using an objective function, a constraint condition, and an equation for calculating a battery cost, there is an effect of generating an optimal schedule for the power storage device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 개념도.
도 2는 과거데이터를 통해 머신러닝을 수행하고 이를 바탕으로 수요예측을 하는 예를 보여주는 흐름도.
도 3은 도 1에 경제성분석부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 개념도.
도 4는 도 1에 설비제어부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 개념도.
1 is a conceptual diagram of an automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart showing an example of performing machine learning based on past data and predicting demand based on it.
3 is a conceptual diagram of an automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention in which an economical analysis unit is added to FIG. 1.
4 is a conceptual diagram of a building load optimal management and control system based on automatic machine learning according to an embodiment of the present invention in which a facility control unit is added to FIG. 1.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the possibility of addition or presence of elements or numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof is not preliminarily excluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. In addition, unless there are other definitions in the technical terms and scientific terms used, they have the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted. The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. In addition, the same reference numbers throughout the specification indicate the same elements. It should be noted that the same elements in the drawings are indicated by the same reference numerals wherever possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 개념도이고, 도 2는 과거데이터를 통해 머신러닝을 수행하고 이를 바탕으로 수요예측을 하는 예를 보여주는 흐름도이며, 도 3은 도 1에 경제성분석부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 개념도이고, 도 4는 도 1에 설비제어부가 추가된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a system for optimal management and control of building loads based on automatic machine learning according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flow chart showing an example of performing machine learning based on past data and predicting demand based on this 3 is a conceptual diagram of an automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention in which an economical analysis unit is added to FIG. 1, and FIG. 4 is an invention in which a facility control unit is added to FIG. A conceptual diagram of an automatic machine learning based building load optimal management and control system according to an embodiment of

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 매 순간 순간 발생하는 전기 사용과 공급에 관련한 수요 관리 및 빌딩 자동 제어 관련 인자를 실시간으로 최적화 처리하여, 기기 사용 효율을 극대화하고, 사업자의 이윤을 확대하면서도, 국가의 전기 에너지 원가를 극소화하기 위하여, 수요 관리 및 빌딩 자동 제어 계통과, 자가 발전 장치와, 수요 설비를 상호 연결하거나 차단하고 전력 저장 장치의 최적의 충방전 스케줄을 생성하여 제어하는 건물 전력부하 최적 관리 및 제어 시스템이다.The automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention optimizes in real time factors related to demand management and automatic building control related to electricity use and supply that occur every moment, so that equipment use efficiency In order to maximize the cost of electric energy and minimize the cost of electric energy in the country while maximizing the profits of the operator, the demand management and building automatic control system, self-generation equipment, and demand equipment are interconnected or cut off, and the optimal charging of power storage equipment is provided. It is a building power load optimal management and control system that creates and controls a discharge schedule.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 수요 관리 및 빌딩 자동 제어 시스템을 관리하는 기능을 보유하는 시스템을 말한다. 수요 관리는 전기를 수용, 사용하는 모든 기기의 전기적 가동 여부의 동작 상태를 제어하는 것을 의미하며, 빌딩 자동 제어는 기계 분야, 전력 감시 분야, 조명 제어 분야 등으로 세분되나, 본 발명의 일 실시예에서는 기계 분야를 중점적인 실시예를 들었다. In addition, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention refers to a system having a function of managing a demand management and an automatic building control system. Demand management refers to controlling the operation state of whether all devices that accept and use electricity are electrically operated, and automatic building control is subdivided into a mechanical field, an electric power monitoring field, and a lighting control field, but one embodiment of the present invention In the following, examples were given focusing on the field of machinery.

그러나, 본 발명의 빌딩 자동 제어 적용분야가 기계로 제한되는 것은 아니고, 본 발명에서는 빌딩(BUILDING)이나 건물을 동일한 개념으로 사용하였으며, 본 빌딩 자동제어 관리시스템은 공장 등의 산업설비에서도 본 특허를 적용할 수 있다.However, the field of application of the automatic building control of the present invention is not limited to machines, and in the present invention, the building (BUILDING) and the building are used under the same concept, and the building automatic control management system is also applied to industrial facilities such as factories. Can be applied.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 조명, 열원 기기 등의 건물 내 전력 기기의 동작을 원격자동제어하는 것이 가능하다.In addition, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention can remotely automatically control the operation of electric power equipment in the building, such as lighting and heat source equipment.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 건물 내 전력요금을 최소화하기 위한 건물 내 전력기기 제어 값을 실시간으로 자동 생성하여 BAS와 연동하여 기기들을 최적 제어 할 수도 있고, BAS에 탑재될 수도 있다.In addition, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention automatically generates in-building power device control values in real time to minimize power bills in the building, and optimizes devices by interlocking with the BAS. It can be controlled or mounted on the BAS.

특히, 전력저장장치(ESS)와 같이 저장 용량의 제약으로 인해 현재의 제어 값이 미래의 제어 가능 치에 영향을 주는 장치들의 최적 제어스케줄을 동적으로 결정하기 위해 건물의 전력수요를 실시간으로 예측하고 계약된 요금제와 기타 기기 들과의 상호연동성을 고려하여 주어진 물리적 제약조건 안에서 최적의 스케줄을 자동으로 생성하고 이를 반복하여 갱신하는 기능을 주 기능으로 할 수 있다.In particular, in order to dynamically determine the optimal control schedule of devices whose current control values affect future controllable values due to storage capacity constraints, such as power storage devices (ESS), the power demand of buildings is predicted in real time. The main function can be the function of automatically generating the optimal schedule within the given physical constraints and updating it repeatedly in consideration of the contracted rate plan and interoperability with other devices.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 BAS 와 연동되어 상호작용하며 효율적인 운영을 위해, 건물의 에너지 시설 환경을 관리하고 운영데이터를 수집하며, 이를 위한 하드웨어(H/W) 및 소프트웨어(S/W) 인터페이스를 제공할 수 있다. To this end, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention interacts with the BAS to manage the energy facility environment of the building and collect operation data for efficient operation, For this, hardware (H/W) and software (S/W) interfaces may be provided.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 과거 일정기간동안의 건물 전력부하, 태양광발전량 등의 데이터와 해당 기간의 날씨정보, 요일, 휴일여부 등의 데이터를 입력으로 받아 내부적으로 기계학습을 수행하고, 이를 바탕으로 미래의 지정된 기간 동안의 전력 부하, 태양광 발전량 등을 예측하는 기능을 지닌다. 또한, 예측된 값과 건물의 계약된 전력요금제를 바탕으로 ESS 등 제어 기기의 최적 입력 스케줄을 자동 생성한다. 또한, 이러한 기계학습, 부하 예측, 최적 스케줄 생성 등을 수행하여 BAS 와 연동하기 위해 통신기능 및 S/W 인터페이스를 제공할 수 있다.In addition, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention includes data such as building power load and solar power generation for a certain period of the past, weather information for the period, days of the week, holidays, etc. It receives the data from and performs machine learning internally, and based on this, it has the function of predicting the power load and solar power generation amount for a specified period in the future. Also, based on the predicted value and the contracted power rate plan of the building, the optimal input schedule for control devices such as ESS is automatically generated. In addition, it is possible to provide a communication function and a S/W interface to interwork with the BAS by performing such machine learning, load prediction, and optimal schedule generation.

BAS가 외부에 있고, 외부에 있는 BAS와의 연동을 위해서는 웹 XML 서비스 기반의 인터페이스를 제공하며, 이를 통해 기계학습 및 예측, 제어값 생성 등에 필요한 데이터를 취득하고 결과물을 피드백 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.It is desirable to provide an interface based on a web XML service for interworking with the external BAS and external BAS, and through this, it is desirable to acquire data necessary for machine learning, prediction, and control value generation, and to provide feedback on the result. .

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 웹포탈을 제공하며, 사용자가 직접 웹 페이지를 통해 필요 기능을 수행할 수 있는 기능과, XML 기반의 메시지를 통해 기계학습, 예측, 제어 값 생성 등의 기능을 수행하고 결과를 피드백 받을 수 있도록 할 수 있다. To this end, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention provides a web portal, a function that allows a user to perform a required function directly through a web page, and an XML-based Through messages, functions such as machine learning, prediction, and control value generation can be performed, and results can be received.

이 때 명령 수행에 필요한 데이터 역시 REQUEST 메시지 전송과 함께 송신(Front End) 할 수 있다. 이 때 보안을 위해 매 요청시마다 암호화된 login 정보가 함께 전송되도록 할 수 있다. At this time, data necessary for command execution can also be transmitted (front end) together with the transmission of the REQUEST message. At this time, for security purposes, encrypted login information can be transmitted with each request.

전송된 메시지는 예측 및 제어 기능을 수행하는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 핵심 엔진인 TEMS(Total Energy Management System) API를 구동하는 웹 서비스로 전달되는데, 수행 결과에 따른 결과물을 생성하여 웹포탈을 통해 BAS 시스템에 피드백(Back End)하게 할 수 있다.The transmitted message is delivered to a web service that runs TEMS (Total Energy Management System) API, a core engine of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention that performs prediction and control functions. However, it is possible to create a result according to the execution result and give feedback to the BAS system through the web portal (Back End).

수요설비(40)를 효율적으로 관리하기 위하여 다음과 같은 관리 기법을 사용하여 건물 부하 및 분산자원 발전량 예측과 분석을 수행할 수 있고, 이를 빌딩 자동 제어용 머신 러닝(Machine Learning) 분석기준에 포함시킬 수 있다. In order to efficiently manage the demand facility 40, the following management techniques can be used to predict and analyze the power generation of building loads and distributed resources, and this can be included in the machine learning analysis criteria for automatic building control. have.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 발전량예측부(100), 수요량예측부(200), 스케줄생성부(300) 및 전력제어부(500)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention includes a power generation forecasting unit 100, a demand forecasting unit 200, a schedule generation unit 300, and It includes a power control unit 500.

발전량예측부(100)는 자가발전장치(10)의 발전량을 기계학습 기반으로 확률론적으로 예측한다.The power generation predicting unit 100 predicts the power generation amount of the self-powered device 10 probabilistically based on machine learning.

상기 자가발전장치(10)는 태양열, 태양광, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지와 같은 재생에너지와 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지와 같은 신에너지를 이용하여 발전하는 장치로서 종전의 화력 발전, 수력 발전, 원자력 발전을 제외한 발전 방식에 의하여 전기를 생산하는 모든 발전 시스템을 말한다. The self-powered device 10 generates power using renewable energy such as solar heat, solar power, biomass, wind power, small power, geothermal heat, marine energy, and waste energy, and new energy such as fuel cell, liquefied coal gasification, and hydrogen energy. As a device, it refers to all power generation systems that produce electricity by the power generation method except for conventional thermal power generation, hydro power generation, and nuclear power generation.

태양전지를 이용한 자가발전장치(10)를 예로 설명하면, 상기 발전량예측부(100)는 태양광 패널의 모듈효율, 정격출력, 입사각 패널 정보 등의 하드웨어 및 설치구조적인 데이터 없이 웹 기반의 기상 예측 데이터와 실 발전량 데이터를 기반으로 하여 상관모델과 신경망을 유기적으로 결합한 하이브리드 방식의 예측방법을 적용할 수 있다.When describing the self-powered device 10 using a solar cell as an example, the power generation predicting unit 100 predicts web-based weather without hardware and installation structure data such as module efficiency, rated output, and incident angle panel information of the solar panel. A hybrid prediction method that organically combines a correlation model and a neural network can be applied based on data and actual power generation data.

수요량예측부(200)는 수요설비(40)의 전력 수요량을 기계학습 기반으로 확률론적으로 예측한다.The demand forecasting unit 200 predicts the power demand of the demand facility 40 probabilistically based on machine learning.

상기 수요설비(40)는 수전설비와 구내배전설비를 포함하여 가정용 가전기기, 모터, 펌프, 팬, 열교환기, 보일러 등 가정과 제철, 제지, 화력발전, 원자력 발전 등 회사에서 전기를 사용하는 일체의 전기 시설 또는 전기 장치를 수요 설비라 한다.The demand facility 40 includes household appliances, motors, pumps, fans, heat exchangers, boilers, etc., including power reception facilities and distribution facilities, and all types of electricity used by companies such as steelmaking, papermaking, thermal power generation, and nuclear power generation. Electric facilities or electric devices are called demand facilities.

상기 수요량예측부(200) 역시 상기 발전량예측부(100)와 유사하게 구내배전설비의 종류 및 전력 사용량 데이터를 기반으로 하여 상관모델과 신경망을 유기적으로 결합한 하이브리드 방식의 예측방법을 적용할 수 있다. The demand forecasting unit 200 may also apply a hybrid prediction method in which a correlation model and a neural network are organically combined based on the type of distribution facility in the premises and power consumption data, similar to the power generation forecasting unit 100.

즉, 상기 발전량예측부(100)와 상기 수요량예측부(200)는 기계학습 기반으로 확률론적으로 예측하며, 상관모델과 신경망을 유기적으로 결합한 하이브리드 방식의 예측방법을 적용할 수 있다. That is, the generation amount prediction unit 100 and the demand amount prediction unit 200 predict probabilistically based on machine learning, and a hybrid prediction method in which a correlation model and a neural network are organically combined may be applied.

이하에서 설명하는 상기 수요량예측부(200)에 적용 가능한 실시예들은 상기 발전량예측부(100)에도 적용 가능함은 물론이다.It goes without saying that the embodiments applicable to the demand forecasting unit 200 described below can also be applied to the power generation forecasting unit 100.

일반적으로 전기 수용가를 오직 전기를 사용하기만 하느냐 아니면 전력계통에 전기를 공급해 주기도 하느냐의 관점에서 가정에서 사용하는 전기와 회사에서 사용하는 전기로 구분할 수 있는데, 본 발명에서는 단순 전력 사용자와 전문 전력 사용자로 다음과 같이 엄밀하게 구분하기로 한다. In general, electricity consumers can be classified into electricity used at home and electricity used by companies in terms of whether they only use electricity or supply electricity to the power system.In the present invention, simple power users and professional power users It will be strictly classified as follows.

단순 전력 사용자는 전력 계통에서 전기를 받아 사용하기만 하는 수용가로서 자가발전장치(10)나 전력저장장치(30)가 없이 수요설비(40)만을 보유하고, 운용하는 사람 또는 기관을 말한다. A simple power user is a consumer who only receives and uses electricity from the power system, and refers to a person or institution that owns and operates only the demand facility 40 without the self-generation device 10 or the power storage device 30.

전문 전력 사용자는 전력 계통에서 전기를 받아 사용하기도 하고, 전력 계통으로 전기를 공급하기도 하며, 자체 보유한 자가발전장치(10)에서 자신의 수요설비(40)나 전력저장장치(30)에 보내거나 자신의 전력저장장치(30)에서 자신의 수요설비(40)로 공급하기도 하는, 즉 자가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 간의 전기적 연결을 제어하는 기능을 사용하는 사람 또는 기관을 말한다. Professional power users receive and use electricity from the power system, supply electricity to the power system, and send it to their own demand facility (40) or power storage device (30) from their own self-generating device (10), or The electrical connection between the self-powered device 10, the power system 20, the power storage device 30, and the demand facility 40, which is also supplied from the power storage device 30 of the It refers to the person or organization that uses the function it controls.

본 발명에서 단순 전력 사용자는 "가정용 전기 수용가"를 예로 들어 설명할 것이며, 전문 전력 사용자는 "기업용 전력 수용가"를 예로 들어 설명하겠지만, 이는 가정용/기업용이 일예를 들었을 뿐, 실제 단순 전력 사용자와 전문 전력 사용자의 구분은 가정과 기업/회사에 있지 않고 전기 사용자가 자체 보유 전기를 전력 계통에 보낼 수 있느냐 없느냐의 관점에서 구분된다. In the present invention, a simple power user will be described using "household electricity customer" as an example, and a professional power user will be described by taking "enterprise power customer" as an example, but this is only an example for home/enterprise use, and actual simple power users and professional users The division of power users is not in homes and businesses/company, and is divided in terms of whether electricity users can send their own electricity to the power system.

또한, 본 발명은 전문 전력 사용자가 전력계통(20)에서 전기를 공급받거나, 전력계통(20)으로 전기를 공급해주되 효율적이고 경제적으로 공급/수용하는 기술에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a technology in which a professional power user receives electricity from the power system 20 or supplies electricity to the power system 20 but efficiently and economically supplies/accepts it.

단순 전력 사용자의 수요 특성은 단순 전력 사용자가 처한 가정적 환경 인자(이하 "가정적 단순 환경 인자"라 한다)와 가전기기적 환경 인자(이하 "가전기기적 단순 환경 인자"라 한다) 및 가정용 전기 요금 체계에 따라 달라진다. The demand characteristics of simple power users are the domestic environmental factors (hereinafter referred to as "household simple environmental factors"), household appliances environmental factors (hereinafter referred to as "household simple environmental factors") and household electricity bill system. It depends.

전문 전력 사용자의 수요 특성은 전문 전력 사용자가 처한 회사 운영상 환경 인자(이하 "회사적 전문 환경 인자"라 한다)와 회사 설비 관리상 운전 인자(이하 "설비적 전문 운전 인자"라 한다) 및 회사 전기 요금 체계에 따라 달라진다.The demand characteristics of professional power users are the environmental factors (hereinafter referred to as "company-oriented professional environmental factors") and operating factors (hereinafter referred to as "facility professional operation factors") and the company's electricity. It depends on the fare system.

회사적 전문 환경 인자는 인력의 자질, 인력이 처한 환경, 인력의 대우 등에 관한 직원에 관한 항목과 매출, 순익, 부채 등 회계적 항목과 연구 개발, 제품 경쟁력, 회사 및 제품 인지도 등 영업에 관한 항목들이 있다. 설비적 전문 운전 인자는 생산 및 건물 관리 설비 등의 가격, 이들의 노후도, 이들의 정밀도, 이들의 운용에 따르는 열화 등의 설비 내구성 항목과 전압, 전류, 저항 등의 실시간 운전 특성 항목들이 있다.Corporate professional environmental factors include items related to employees, such as quality of manpower, environment in which manpower is faced, and treatment of manpower, accounting items such as sales, net income, and debt, and items related to sales such as research and development, product competitiveness, and company and product awareness. There are. Equipment-specific professional operation factors include equipment durability items such as prices of production and building management equipment, their aging, their precision, and deterioration due to their operation, and real-time operation characteristics items such as voltage, current, and resistance.

상기 수요량예측부(200)는 빌딩 자동 제어용 머신 러닝(Machine Learning) 분석 기준을 마련하여 전력 수요량을 확률론적으로 예측할 수 있다.The demand forecasting unit 200 may probabilistically predict the power demand by preparing a machine learning analysis criterion for automatic building control.

상기 수요설비(40)의 실시간 시설 특성 상태 값이라 함은 수요설비(40)에 부착되거나 부착되지는 않았지만 해당 설비의 운전을 감시하는 계측, 감시 센서들로부터 실시간으로 입력되는 센서의 상태값을 의미한다.The real-time facility characteristic state value of the demand facility 40 refers to a state value of a sensor that is not attached or attached to the demand facility 40 but is input in real time from the measurement and monitoring sensors that monitor the operation of the facility. do.

상기 수요설비(40)의 실시간 시설 특성 상태 값처럼 상기 전력저장장치(30) 및 상기 자가발전장치(10)의 실시간 시설 특성 상태 값 역시, 전력저장장치(30) 및 상기 자가발전장치(10)에 부착되거나 부착되지는 않았지만 해당 설비의 운전을 감시하는 계측, 감시 센서들로부터 실시간으로 입력되는 센서의 상태값을 의미한다.Like the real-time facility characteristic state value of the demand facility 40, the real-time facility characteristic state value of the power storage device 30 and the self-power generation device 10 is also the power storage device 30 and the self-power generation device 10 It refers to the state value of a sensor that is not attached to or attached to, but is input in real time from measurement and monitoring sensors that monitor the operation of the facility.

스케줄생성부(300)는 상기 발전량예측부(100)에 의해 발전량, 상기 수요량예측부(200)에 의해 예측된 전력 수요량, 기존 발생 피크부하, 전력 요금제 및 전력저장장치(30)의 상태값 정보를 포함하여 건물 전기요금이 최소화 될 수 있도록 하는 전력저장장치(30) 또는 건물부하의 최적 스케줄을 생성한다.The schedule generation unit 300 is the amount of generation generated by the generation amount prediction unit 100, the amount of power demand predicted by the demand amount prediction unit 200, the existing peak load, power plan and state value information of the power storage device 30 Including to generate the power storage device 30 or the optimal schedule of the building load so that the building electricity bill can be minimized.

즉, 전력저장장치(30)가 설치되지 않은 경우 건물부하의 최적 스케줄을 생성할 수 있고, 전력저장장치(30)가 설치된 경우 전력저장장치(30)의 최적 스케줄을 생성할 수 있으며, 전력저장장치(30)가 설치된 경우 전력저장장치(30)와 건물부하 모두의 최적 스케줄을 생성할 수 있다.That is, when the power storage device 30 is not installed, an optimal schedule for the load of the building can be generated, and when the power storage device 30 is installed, an optimal schedule for the power storage device 30 can be generated, and power storage When the device 30 is installed, an optimal schedule for both the power storage device 30 and the building load can be generated.

상기 전력저장장치(30)는 ESS(Energy Storage System)이라 부르기도 하며, 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말하는 것으로 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로, "충전식 전지"(rechargeable battery)라는 명칭으로도 사용하는 것을 말한다. 흔히 쓰이는 축전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈-금속 수소 전지(Ni-MH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있으며, 본 발명에서는 이 전지들만을 국한하지 않고, 전기 에너지를 저장하거나 방출할 수 있는 모든 것을 종합하여 의미한다.The power storage device 30 is also called an ESS (Energy Storage System), and refers to a device that converts electrical energy into a form of chemical energy, stores it, and generates electricity when needed, meaning that it can be charged several times, " It also refers to the use of the name "rechargeable battery". Commonly used storage batteries include lead storage batteries, nickel-cadmium batteries (NiCd), nickel-metal hydride batteries (Ni-MH), lithium ion batteries (Li-ion), and lithium ion polymer batteries (Li-ion polymer). In the present invention, it is not limited to these batteries, but it means all things that can store or release electrical energy.

상기 건물부하는 전력부하, 열부하, 가스부하 등 건물에서 에너지를 소요하는 기기들을 말하는 것이다. The building load refers to devices that consume energy in a building, such as a power load, a heat load, and a gas load.

전력부하는 전력을 에너지원으로 사용하는 부하를 의미하고, 열부하는 열원을 에너지원으로 사용하는 부하를 의미하며, 가스부하는 가스를 에너지원으로 사용하는 부하(를 의미한다.Power load refers to a load using power as an energy source, heat load refers to a load using a heat source as an energy source, and gas load refers to a load using gas as an energy source.

전력부하의 예로는 조명, 냉방기, 난방기 등이 될 수 있고, 조명은 ON/OFF제어와 밝기제어(디밍)로 전력부하를 제어할 수 있다. Examples of the power load may be lighting, air conditioners, heaters, and the like, and the power load may be controlled by ON/OFF control and brightness control (dimming).

상기 전력 요금제는 크게 실시간 전력 공급 요금 체계와 실시간 수급 요금 체계로 구분할 수 있다. The power plan can be largely divided into a real-time power supply rate system and a real-time supply and demand rate system.

상기 전력계통(20)의 실시간 전력 공급 및 수급 요금 체계는 일반적인 상업용 전기 공급자, 즉 한국전력과 같은 회사가 정한 전기 요금 체계, 즉 수용가가 전기 사용에 대하여 지불하는 요금체계를 전력 수급 요금 체계라 하고, 태양광이나 풍력과 같이 수용가가 보유한 설비를 통한 전기를 상업용 전기공급자에게 판매하는 전기 요금 체계를 전력 공급 요금체계라 한다. The real-time power supply and supply and demand rate system of the power system 20 is a general commercial electricity supplier, that is, an electricity rate system determined by a company such as KEPCO, that is, the rate system that customers pay for electricity use, referred to as the electricity supply and demand rate system. , Electricity charge system that sells electricity through facilities owned by customers, such as solar or wind power, to commercial electricity providers is called a power supply fee system.

이 요금체계가 실시간으로 변동될 경우에는 실시간 전력 공급 및 수급 요금 체계가 된다.If this rate system changes in real time, it becomes a real-time power supply and supply rate system.

실시간 전력 공급 요금 체계는 전기 요금 체계가 전력 계통에서 수용가(수요자와 동일 의미이다)에게 전기를 공급하고 수용가가 전기 요금을 지급하는 체계 ?? 즉, 한전에서 가정이나 공장, 빌딩에 전기를 공급해 주고 한전이 그 대가를 받는 전기 요금 체계 이다.The real-time power supply fee system is a system in which the electricity rate system supplies electricity to customers (the same meaning as consumers) in the electricity system, and the customer pays the electricity rate ?? In other words, KEPCO supplies electricity to homes, factories, and buildings, and KEPCO receives the price.

실시간 수급 요금 체계는 가정이나 빌딩, 공장에서 전력 계통으로 전기를 역 송전하여 한전으로부터 수용가가 전기 요금을 수령하는 요금 체계 이다. The real-time supply and demand rate system is a rate system in which customers receive electricity rates from KEPCO by reverse transmission of electricity from homes, buildings, and factories to the power system.

여기서, 실시간이라 함은 전기 요금 체계가 매월, 매주, 매일단위와 같은 특정 기간내의 요금체계가 아니라 전기가 공급되는 시간별로 달라져 전기 요금이 전력 수수 시간(전력 계통에서 수용가에게 공급되거나 수용가가 전력 계통으로 역 송전하는 실시간)에 따라 다르게 결정되는 요금체계의 전기 수수 시간을 의미한다. Here, the term “real-time” means that the electricity rate system is not a rate system within a specific period such as monthly, weekly, or daily, but varies by the time when electricity is supplied, so that the electricity rate is the time for receiving electricity (supplied from the power system to the customer, or It refers to the time of receiving electricity in the tariff system, which is determined differently according to the real-time reverse transmission.

전력저장장치(30)의 최적 스케줄은 getESSschedule 함수를 통해 수행되도록 할 수 있다. The optimal schedule of the power storage device 30 may be performed through a getESSschedule function.

내부적으로 상기 예측 기능을 수행하여 예측 부하 데이터를 생성하고 BAS 등 외부 시스템에서 제공된 메타정보(기존 발생 피크 부하치, 전력 요금제 및 ESS 의 현재 SOC, 용량 등의 상태값 정보 등)를 기반으로 최적 스케줄을 생성할 수 있다.Performs the above prediction function internally to generate predicted load data, and optimal schedule based on meta information provided from external systems such as BAS (existing peak load value, current SOC of power plan and ESS, status value information such as capacity, etc.) Can be created.

전력저장장치(30)의 최적 스케줄은 건물의 피크부하 및 요금제 두 측면을 모두 고려하며, 예측된 전력 수요량(부하) 및 발전량 정보에 기반하여 건물 전기요금이 최소화 될 수 있는 스케줄을 생성한다. The optimal schedule of the power storage device 30 considers both aspects of the building's peak load and the rate plan, and generates a schedule in which the building's electricity bill can be minimized based on the predicted power demand (load) and power generation information.

이 역시 XML 형식으로 요청되고 결과가 피드백 되도록 할 수 있다. This can also be requested in XML format and the results can be fed back.

해당 요청을 위해선 내부적으로 예측작업이 수행되므로 사전에 모델 생성이 이루어져 있어야 하며 그렇지 않을 경우 에러코드를 반환하도록 할 수 있다.For this request, since prediction is performed internally, the model must be created in advance, otherwise an error code can be returned.

전력제어부(500)는 상기 스케줄생성부(300)에 의해 생성된 전력저장장치(30)의 최적 스케줄에 따라 상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전이 제어되도록 상기 자가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 간의 전기적 연결을 제어한다.The power control unit 500 is the self-powered device 10 to control charging and discharging of the power storage device 30 according to the optimal schedule of the power storage device 30 generated by the schedule generation unit 300, It controls the electrical connection between the power system 20, the power storage device 30, and the demand facility 40.

전력계통(20)은 가정이나 빌딩, 산업체와 같이 전기기기를 사용하는 전기 수용가에게 전기를 공급하는 전기 선로를 이용하여 전기를 공급하는 전기 공급 총괄 시스템을 말하는 것으로서 통상 고압 송전체계와 저압 배전체계로 이루어져 있다. 좀 더 상세히 설명하면 발전소에서 발생된 전기가 송전망을 거쳐 변전소에서 배전망으로, 배전망으로부터 가정이나 빌딩, 산업체등에 들어오게 되는데 가정이나 빌딩, 산업체 내부에 있는 전기를 제외한 전력망에 전선과 전기 공급 관련 장치들을 통틀어 전력 계통이라 한다.The power system 20 refers to an electricity supply general system that supplies electricity by using an electric line that supplies electricity to electricity customers who use electrical equipment such as homes, buildings, and industries, and is usually a high-voltage transmission system and a low-voltage distribution system. consist of. In more detail, the electricity generated from the power plant passes through the transmission network and enters from the substation to the distribution network, and from the distribution network to homes, buildings, and industries.It is related to the supply of electric wires and electricity to the power grid, excluding electricity inside homes, buildings, and industries. The devices are collectively called the power system.

상기 전력제어부(500)는 상기 가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 중 선택되는 두 개 이상의 장치들을 서로 전기가 통하도록 연결하거나 전기가 통하고 있는 전선을 전기가 통하지 못하도록 차단하는 설비를 말하는 것으로, 연결하거나 차단하는 설비는 상업용 차단기 등을 이용하되 릴레이(Relay)와 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 DDC(Direct Digital Controller)가 연결되어 원격 제어가 가능하도록 할 수 있다. The power control unit 500 connects two or more devices selected from among the temporary power generation device 10, the power system 20, the power storage device 30, and the demand facility 40 so that electricity is communicated with each other or It refers to a facility that blocks the electric wire from passing through. The facility to connect or cut off uses a commercial circuit breaker, but a relay and a PLC (Programmable Logic Controller) or DDC (Direct Digital Controller) are connected to Control can be made possible.

상기 전력제어부(500)는 전력계통(20)에서 수요설비(40)로, 전력계통(20)에서 전력저장장치(30)로, 자가발전장치(10)에서 수요설비(40)로, 자가발전장치(10)에서 전력저장장치(30)로, 자가발전장치(10)에서 전력계통(20)으로, 전력저장장치(30)에서 수요설비(40)로, 또는 전력저장장치(30)에서 전력계통(20)으로 전기가 이동하도록 연결하거나 전기가 통하지 못하도록 차단 기능을 수행할 수 있다. The power control unit 500 is from the power system 20 to the demand facility 40, the power system 20 to the power storage device 30, the self-generation device 10 to the demand facility 40, self-powered From the device 10 to the power storage device 30, from the self-generation device 10 to the power system 20, from the power storage device 30 to the demand facility 40, or from the power storage device 30 The system 20 may be connected to move electricity or may perform a blocking function to prevent electricity.

상기 전력제어부(500)는 단순 전력 사용자의 수요 특성과 전문 전력 사용자의 수요 특성에 대한 실시간 입력 값이나 머신 러닝(Machine Learning)을 통한 값을 사용하는 데이터 처리 시스템과, 상기 전력계통(20)의 전력 공급 및 수급 요금 체계와 상기 전력저장장치(30) 및 상기 자가발전장치(10)의 시설 특성 상태 값을 상호 연동한 실시간 분석을 통해, 상기 빌딩 자동 제어용 제어 설비의 연결 대상을 결정하도록 지시할 수 있다. The power control unit 500 includes a data processing system using real-time input values for demand characteristics of simple power users and demand characteristics of professional power users or values through machine learning, and the power system 20 Through a real-time analysis in which the power supply and supply fee system and the facility characteristic state values of the power storage device 30 and the self-powered device 10 are interlinked, an instruction to determine the connection target of the control facility for automatic control of the building I can.

그러므로, 전력제어부(500)는 전력저장장치, 전력기계분야, 전력 감시 분야, 조명 제어 분야 등의 빌딩 자동 제어에 필요한 전기의 연결 명령을 다양한 방향으로 제어하도록 하는 제어 기준을 판단하고 이에 따라 명령하는 기능을 수행할 수 있다. Therefore, the power control unit 500 determines a control criterion for controlling the electrical connection command required for automatic building control in various directions, such as a power storage device, a power machine field, a power monitoring field, and a lighting control field, and commands accordingly. Function can be performed.

상기 전력저장장치(30) 및 상기 자가발전장치(10)의 실시간 시설 특성 상태 값과 상기 전력계통(20)의 실시간 전력 공급 및 수급 요금 체계를 상호 연동한다 함은 수용가가 사용하는 전기요금과 판매하는 전기요금이 사용자가 보유한 시설의 상태와 연동되어 운전 모드를 결정하게 되는 것을 말한다. Interlocking the real-time facility characteristic status values of the power storage device 30 and the self-powered device 10 with the real-time power supply and supply and demand rate system of the power system 20 means that electricity bills and sales used by customers This means that the electric charge is linked with the state of the facility owned by the user to determine the driving mode.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 수요량예측부(200)는 시계열 모델, 자동패턴분류기법 및 인공신경망모델 중 선택되는 복수의 방법론을 시기별 정확도에 따라 동적으로 결합하여 최종 예측치를 일정 시간별로 주기적으로 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.The demand forecasting unit 200 of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention applies a plurality of methodologies selected from a time series model, an automatic pattern classification technique, and an artificial neural network model to the accuracy of each time period. Accordingly, it may be characterized in that it is dynamically combined to periodically generate a final predicted value for each predetermined time.

상기 수요량예측부(200)는 시계열 모델, 자동패턴분류기법, 그리고 신경망 모델 등을 시기별 정확도에 따라 동적으로 결합하여 최종 예측치를 일정 시간별로 주기적으로 생성할 수 있다.The demand forecasting unit 200 may dynamically combine a time series model, an automatic pattern classification technique, and a neural network model according to time-specific accuracy to periodically generate a final predicted value for each predetermined time.

특히, 건물 전력부하 데이터를 기반으로 자동화된 머신러닝을 수행하고 이를 바탕으로 예측모델을 주기적으로 자동 갱신도록 할 수 있다.In particular, it is possible to perform automated machine learning based on building power load data and periodically update predictive models based on this.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 수요량예측부(200)는 K-mean 기법을 통한 자동 부하패턴 분류와 가장 유사도가 높은 패턴을 기 설정된 입력 요소로부터 추출해내는 방법론과, 해당 입력 요소를 통해 인공신경망을 학습 시키고 이를 통해 예측하는 방법론을 예측 정확도에 따라 동적으로 취합하여 최종 예측 결과를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in Fig. 2, the demand prediction unit 200 of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention has the most similarity to automatic load pattern classification through the K-mean technique. A methodology for extracting a high pattern from a preset input element and a methodology for learning an artificial neural network through the corresponding input element and predicting through it are dynamically aggregated according to prediction accuracy to generate a final prediction result.

이때, K-mean 기법을 이용한 예측값 에서도 오차 보정을 하고, 인공신경망학습을 이용한 예측값 에서도 오차 보정을 하며, K-mean 기법을 이용한 예측값과 인공신경망을 학습을 이용한 예측값을 비교분석한 결과값에 대해서도 오차 보정을 하여 최종 예측값을 산출할 수 있다. At this time, error correction is also performed in the predicted value using the K-mean method, error correction is also performed in the predicted value using artificial neural network learning, and the result of comparing and analyzing the predicted value using the K-mean method and the predicted value using the artificial neural network learning. The final predicted value can be calculated by performing error correction.

이는, 3 단계 오차 보정을 통해 각종 전력 사용량 변수에 대한 대처능력을 향상시킬 수 있다.This can improve coping ability for various power consumption variables through 3-step error correction.

상기 K-mean 기법은 K-평균(K-Means) 알고리즘 이라고도 하며, 기계학습(머신러닝, machine learning), 데이터마이닝에서 활용하고 있는 기법으로서, 대표적인 비지도학습이다. The K-mean technique is also referred to as a K-Means algorithm, and is a technique used in machine learning (machine learning) and data mining, and is a representative unsupervised learning.

비지도학습이란 어떤 결과를 예측하지 못해야 되는 것으로, 컴퓨터 스스로 어떠한 해답을 찾아내는 것을 말한다. Unsupervised learning means that a certain outcome must not be predicted, and the computer finds a certain answer by itself.

예를 들어, "남자와 여자를 분류하고 싶다"라는 것은 이미 목적이 존재하고 값이 존재하기 때문에 비지도학습이 될 수 없지만, 컴퓨터 스스로 데이터를 분류하다가 남자와 여자의 특성 차이를 깨닫고 분류했다면, 비지도학습이 되는 것이다.For example, "I want to classify men and women" cannot be unsupervised learning because there is already a purpose and a value, but if a computer classifies data by itself and realizes the difference in characteristics between men and women, It becomes unsupervised learning.

K-Means는 중심값을 선정하고, 중심값과 다른 데이터간의 거리를 이용하여 분류를 수행한다. K-Means selects a center value and performs classification using the distance between the center value and other data.

다음 수행에서는 좀 더 중심에 위치한 중심값을 선정하고, 분류하고 이러한 과정을 반복하여 더 이상 분류가 되지 않을 경우에 해당 작업을 종료하게 된다.In the next execution, a more centrally located center value is selected, classified, and this process is repeated. When the classification is no longer possible, the task is terminated.

상기 K-mean 기법은 모집단 또는 범주에 대한 사전 정보가 없는 경우 주어진 관측 값들 사이의 거리 또는 유사성을 이용하는 분석법으로, 전체 데이터를 몇 개의 집단으로 그룹화 하여 각 집단의 성격을 파악함으로써 데이터 전체의 구조에 대한 이해를 돕고자 하는 분석법이다.The K-mean method is an analysis method that uses the distance or similarity between given observations when there is no prior information about a population or category.The entire data is grouped into several groups and the characteristics of each group are identified, thereby improving the overall structure of the data. This is an analysis method that is intended to help you understand.

상기 인공신경망은 사람 또는 동물 두뇌의 신경망에 착안하여 구현된 컴퓨팅 시스템의 총으로, 기계 학습(machine learning)의 세부 방법론 중 하나로, 신경 세포인 뉴런(neuron)이 여러 개 연결된 망의 형태이다. 구조 및 기능에 따라 여러 종류로 구분되며, 가장 일반적인 인공 신경망은 한 개의 입력층과 출력층 사이에 다수의 은닉층(hidden layer)이 있는 다층 퍼셉트론(multilayer perceptron)이다.The artificial neural network is a total of computing systems implemented based on a neural network of a human or animal brain, and is one of the detailed methodologies of machine learning, and is in the form of a network in which several neurons, which are neurons, are connected. It is classified into several types according to its structure and function, and the most common artificial neural network is a multilayer perceptron with multiple hidden layers between one input layer and an output layer.

클러스터링 기법인 상기 K-mean 기법은 하루 단위의 패턴으로 분류를 하므로 같은 클러스터 내에서 변화를 주는 것에 제약이 있다.(Low flexibility) The K-mean technique, which is a clustering technique, classifies the pattern by day, so there is a limitation in giving changes within the same cluster. (Low flexibility)

따라서, 시간대별 오차량(variance error)을 보정할 수 있는 기법을 필요로 하게 되며, 이를 위해 인공 신경망 기반 보정(High Flexibility)을 수행하였더니, 테스트베드(TestBed) 환경에서 각종 상황 별 시험 검증으로, 보정 모델에 따른 성능이 확연하게 개선된 것을 확인하였다.Therefore, a technique that can correct the variance error by time is needed, and for this purpose, high flexibility based on artificial neural networks was performed. , It was confirmed that the performance according to the correction model was significantly improved.

테스트베드(TestBed)로는 연구원들이 생활하는 Living-Lab 환경을 적용하였고, 테스트베드(TestBed)에서 실시간으로 발생하는 특이 사항에 대한 보정기능 개발 및 검증이 완료 되었다.As the TestBed, the Living-Lab environment in which the researchers live was applied, and the development and verification of correction functions for unusual matters occurring in real time in the TestBed were completed.

도 2는 과거데이터를 통해 머신러닝을 수행하고 이를 바탕으로 수요예측을 하는 방법론의 한 예시이며, 본 예시에서는 K-mean 기법을 통한 자동 부하패턴 분류와 가장 유사도가 높은 패턴을 기상 날짜 등의 입력 요소로부터 추출해내는 방법론과, 해당 입력 요소를 통해 인공신경망을 학습 시키고 이를 통해 예측하는 방법을 예측 정확도에 따라 동적으로 취합하는 모델에 대한 예시이다. 단, 방법론에 있어서는 회귀모델이나 여타 예측 방법론을 다양하게 활용할 수 있으므로 상기 방법론에 한정 짓지 않는다.FIG. 2 is an example of a methodology for performing machine learning based on past data and predicting demand based on it.In this example, automatic load pattern classification through K-mean technique and the pattern with the highest similarity are inputted, such as a wake-up date. This is an example of a model that dynamically collects a methodology for extracting from an element and a method for learning an artificial neural network through the corresponding input element and predicting it according to the prediction accuracy. However, in the methodology, a regression model or other prediction methodology can be used in various ways, so the method is not limited to the methodology described above.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 수요량예측부(200)는 다음식,The demand forecasting unit 200 of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention is represented by the following equation,

Figure 112020051241919-pat00007
Figure 112020051241919-pat00007

(여기서,

Figure 112020051241919-pat00008
는 최종 결과,
Figure 112020051241919-pat00009
는 클러스터링모델의 결과,
Figure 112020051241919-pat00010
는 인공신경망모델의 결과, A는 클러스터링모델의 과거 데이터의 정확도 B는 인공신경망모델의 과거 데이터의 정확도)(here,
Figure 112020051241919-pat00008
Is the final result,
Figure 112020051241919-pat00009
Is the result of the clustering model,
Figure 112020051241919-pat00010
Is the result of the artificial neural network model, A is the accuracy of the past data of the clustering model, B is the accuracy of the past data of the artificial neural network model)

에 의해, 클러스터링 모델과 인공신경망모델 각각의 과거 데이터의 정확도에 따른 가중치를 부여하여 최종 결과를 도출하는 것(도 2 참조)을 특징으로 할 수 있다.Thus, the clustering model and the artificial neural network model can be characterized by assigning weights according to the accuracy of past data to derive the final result (see FIG. 2).

이때, 과거 데이터의 정확도는 특정 기간을 정하여 수행할 수 있다.At this time, the accuracy of past data can be performed by setting a specific period.

예를 들어, 클러스터링모델과 인경신경망모델 각각의 과거 일주일 정확도에 따라 가중치를 부여하여 최종 결과를 도출할 수 있다.For example, the final result can be derived by assigning weights according to the accuracy of the past week for each of the clustering model and the neural network model.

상기 가중치를 부여한 식은 K-mean 기법을 이용한 예측값과 인공신경망을 학습을 이용한 예측 값을 비교분석한 결과 값에 대해 오차 보정을 적용한 것이다.The weighted equation is a result of comparing and analyzing a predicted value using the K-mean technique and a predicted value using learning an artificial neural network, and applying error correction to the value.

본 발명의 일 실시 예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 스케줄생성부(300)는 다음식,The schedule generator 300 of the system for optimal management and control of building loads based on automatic machine learning according to an embodiment of the present invention includes the following equation,

Figure 112020051241919-pat00011
Figure 112020051241919-pat00011

Figure 112020051241919-pat00012
Figure 112020051241919-pat00012

을 근거로 상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.Based on the power storage device 30 may be characterized in that it generates a charge/discharge schedule.

상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전 스케줄을 생성하는 최적화 함수는 "목적함수"와 "제약조건"으로 구성된다.The optimization function for generating the charge/discharge schedule of the power storage device 30 is composed of “objective function” and “constrained condition”.

목적함수는 최대화하거나 최소화하고자 하는 운영 목표를 나타내는 함수이다.The objective function is a function representing the operating goal to be maximized or minimized.

예를 들면, 최대화-이익, 승률 등 | 최소화-비용, 손해, 전력 손실, 오차 등이 될 수 있다.For example, maximize-profit, odds, etc. | Minimization-can be cost, loss, power loss, error, etc.

상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전 스케줄을 생성하는 수식들은 상기 전력저장장치(30)의 최적 운영을 위해 충ㆍ방전 스케줄을 생성하기 위한 것이다.Formulas for generating the charge/discharge schedule of the power storage device 30 are for generating a charge/discharge schedule for optimal operation of the power storage device 30.

목적함수는 여러 비용요소의 합으로 표현되는데 시간대별로 전력 요금단가가 달라지는 ①계시별 요금제(Time-of-Use, TOU) 하에서의 사용 전력량에 따른 에너지비용 (

Figure 112020051241919-pat00013
), ②피크 부하치와 연동되는 전력기본요금(
Figure 112020051241919-pat00014
), ③ESS 운전패에 따른 배터리 열화 비용(
Figure 112020051241919-pat00015
), ④제어 가능 부하의 제어에 따른 사용자의 불편 비용, ⑤불필요한 충ㆍ방전을 억제(
Figure 112020051241919-pat00016
)하고 ESS 충방전을 가능하면 평활화하기 위한 가상의 비용 항으로 구성된다.The objective function is expressed as the sum of several cost factors. Energy cost according to the amount of electricity used under the ① Time-of-Use (TOU), where the unit price of electricity varies by time.
Figure 112020051241919-pat00013
), ② Basic electricity charge linked to peak load (
Figure 112020051241919-pat00014
), ③ Battery deterioration cost due to ESS operation loss (
Figure 112020051241919-pat00015
), ④ Controllable user's inconvenience cost according to the control of load, ⑤ suppress unnecessary charging and discharging (
Figure 112020051241919-pat00016
), and it consists of a virtual cost term to smooth the ESS charge and discharge if possible.

여기서, ① 계시별 요금제란 시간대별 전기요금 단가가 달라지는 요금제(실시간 요금제)로 국내 대부분의 상업용 빌딩에서 적용되는 요금제이며, 이때 제어 가능한 ESS 충방전량(

Figure 112020051241919-pat00017
)과 건물의 나머지 부하에 대한 예측치(
Figure 112020051241919-pat00018
)의 합이 건물의 순 부하가 되므로 여기에 시간대별 전력요금 단가(
Figure 112020051241919-pat00019
)를 곱한 것이 스케줄 구간(T) 내에서의 총 전력사용량에 따른 요금이 된다. Here, ① Time-by-time rate plan is a rate plan (real-time rate plan) in which the unit price of electricity by time slot is different. It is a rate plan that is applied in most commercial buildings in Korea.
Figure 112020051241919-pat00017
) And the predicted value (
Figure 112020051241919-pat00018
The sum of) becomes the net load of the building.
Figure 112020051241919-pat00019
) Multiplied by the total power consumption within the schedule section (T).

② 피크 부하에 따른 기본요금은 기본요금 갱신 기간(통상 1년) 중 과거에 이미 발생한 최대 피크치(

Figure 112020051241919-pat00020
)와 미래 스케줄 구간(T) 안에서 발생할 순 부하(Net load)의 최대치(
Figure 112020051241919-pat00021
) 중 큰 값에 연동되어 다음 요금 갱신 기간 동안의 기본전력 요금을 나타낸다. ② Base rate according to peak load is the maximum peak value that has already occurred in the past during the base rate update period (usually 1 year).
Figure 112020051241919-pat00020
) And the maximum value of the net load that will occur within the future schedule period (T) (
Figure 112020051241919-pat00021
), which is linked to the larger value, and indicates the basic power rate for the next rate renewal period.

③ ESS 운전패턴에 따른 열화 비용은 본 최적화에 따라 결정되는 ESS의 충방전 패턴, 특히 배터리 잔량(State-of-charge, SOC)에 따른 배터리의 감가상각을 비용화하기 위한 부분으로, 각 SOC에서의 단위 에너지 충ㆍ방전에 따른 배터리 열화비용을 모델링한 수식을 기반으로 표현하였다.③ The deterioration cost according to the ESS operation pattern is a part for costing the depreciation of the battery according to the charge/discharge pattern of the ESS, especially the state-of-charge (SOC) determined by this optimization. It is expressed based on an equation modeling the battery deterioration cost according to the unit energy charge/discharge of.

ESS 운전패턴에 따른 열화 비용은 기 등록 특허인 열화밀도함수 관련 특허 (KR20160030643A)에 기재된 바와 같이, 배터리사이클에 따른 감가삼각 부분을 비용화할 수 있다.As for the deterioration cost according to the ESS operation pattern, as described in the previously registered patent related to the deterioration density function (KR20160030643A), the depreciation triangulation according to the battery cycle can be cost.

④ 제어 가능 부하의 On/Off 제어에 따라 발생하는 사용자의 불편을 비용으로 고려하여 제어 시 전력 요금을 줄임과 동시에 사용자의 불편 역시 최소화한다.④ Considering user inconvenience caused by on/off control of a controllable load as a cost, it reduces power bills during control and minimizes user inconvenience.

마지막으로, ⑤ 불필요한 충방전충ㆍ방전 억제 항은 ①~③의 총 비용이 동일한 ESS 스케줄이 복수 개 존재할 경우 가능한 불필요한 ESS의 충ㆍ방전을 억제하기 위해 각 시간대별 ESS 충ㆍ방전량을 제곱하여 더해서 비용화 한 부분이다. 가령, 특정 두 시간 동안 첫 시간은 10 kWh로 충전하고, 나머지 한 시간은 20 kWh로 충전하는 경우와 두 시간 동안 균일하게 15 kWh로 충전하는 경우, 결과적으로 총 충전에너지는 30 kWh로 동일하지만, 본 ④ 항으로 인해 15kWh로 두 시간을 충전하는 후자의 스케줄이 선택된다(

Figure 112020051241919-pat00022
). 이를 통해 총 비용이 동일한 ESS 스케줄 후보 중에서 배터리에 가해지는 전류량을 작게하고 배터리의 감가상각을 최소화할 수 있는 스케줄이 최종적으로 선택되는 효과가 있다. 단, ①~③의 단위는 직접적 금액인 반면 ④, ⑤ 는 실제적 금액이 아닌 가상의 비용 항이므로 정의하기 위해 각 항들의 우선 순위를
Figure 112020051241919-pat00023
과 같이 정규화된 가중치를 부여하여, ①~④ 이 무조건 우선시 되고, ①~④ 부분이 동일한 복수 스케줄이 존재하는 경우만 ⑤ 항에 따라 최종 스케줄이 결정되도록 하였다.Lastly, ⑤ unnecessary charge/discharge charge/discharge suppression clause is added by squared ESS charge/discharge amount for each time period in order to suppress unnecessary charge/discharge of ESS as much as possible when there are multiple ESS schedules with the same total cost of ①~③. It is a part of costing. For example, if the first hour is charged with 10 kWh and the remaining hour is charged with 20 kWh and the two hours are uniformly charged with 15 kWh, as a result, the total charging energy is the same as 30 kWh. Due to this ④ section, the latter schedule of charging two hours with 15kWh is selected (
Figure 112020051241919-pat00022
). This has the effect of finally selecting a schedule capable of reducing the amount of current applied to the battery and minimizing the depreciation of the battery from among ESS schedule candidates with the same total cost. However, the units of ①~③ are direct amounts, whereas ④ and ⑤ are hypothetical cost terms rather than actual amounts.
Figure 112020051241919-pat00023
As shown in Figure 5, normalized weights are given so that ①~④ are given priority unconditionally, and the final schedule is decided according to item ⑤ only when there are multiple schedules with the same part ①~④.

제약 조건은 운영 목표가 될 수 있는 여러 솔루션들이 만족해야 될 조건들을 설정하기 위한 것으로, 상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전 스케줄을 생성하는 식에서 상기 전력저장장치(30)의 제약조건은 다음과 같이 설정할 수 있다.The constraint conditions are for setting conditions that must be satisfied by various solutions that can become operational targets. In the formula for generating the charge/discharge schedule of the power storage device 30, the constraints of the power storage device 30 are as follows: Can be set together.

배터리의 시간별 잔존 에너지량은 SOC가 0%~100% 사이에 있어야 바람직하고, 시간별 충ㆍ방전에 따른 SOC 변화량 계산도 필요하기 때문에 식 (2)와 같이 설정할 수 있고,The amount of remaining energy by time of the battery is desirable when the SOC is between 0% and 100%, and it can be set as Equation (2) because it is also necessary to calculate the SOC change amount according to time-based charging and discharging.

배터리의 물리적 가용범위는 연결된 전력변환장치의 성능에 따라 방전, 충전 가능한 전력의 크기가 제한되기 때문에, 식 (3)과 같이 설정할 수 있으며,The physical usable range of the battery can be set as Equation (3) because the amount of power that can be discharged or charged is limited depending on the performance of the connected power converter.

식 (4)는 배터리 최대 충(방)전 파워 한계를 나타내고,Equation (4) represents the maximum charging (discharging) power limit of the battery,

식 (5)은 SOC 변화 정도에 따른 배터리 열화 비용 산출을 위한 수식으로, Equation (5) is an equation for calculating the battery deterioration cost according to the SOC change,

식 (5)에 사용되는 a, b는 실험으로 추정 가능한 배터리 종속 매개 변수를 나타내는 것으로, 다음식A and b used in Equation (5) represent battery dependent parameters that can be estimated by experiment, and the following equation

Figure 112020051241919-pat00024
Figure 112020051241919-pat00024

(여기서, ACC 함수는 특정 DOD(Depth of Discharge) 값에서 달성 가능한 사이클 수를 구하는 함수를 의미하고, DOD는 방전심도를 나타내는 것으로, 방전심도는 만충(가득 충전)된 배터리 용량을 100%로 놓고 얼마만큼 방전시켰는가를 나타낸 수치(%)이다.(Here, the ACC function refers to a function that obtains the number of cycles that can be achieved at a specific DOD (Depth of Discharge) value, and DOD represents the depth of discharge, and the depth of discharge is the capacity of a fully charged (full charged) battery as 100%. It is a value (%) indicating how much discharge was discharged.

배터리는 어느 SOC 구간에서 얼마나 충ㆍ방전을 하는지에 따라 그 열화 정도가 다르다. 따라서 이러한 배터리의 특성 시험 빅데이터를 기반으로 a, b 파라미터를 산출하는 것이 바람직하다.The degree of deterioration of the battery varies depending on how much charge and discharge is performed in which SOC section. Therefore, it is desirable to calculate the parameters a and b based on the big data of the battery characteristic test.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 전력제어부(500)는 상기 자가발전장치(10), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)에서 미리 정의된 운전특이상태가 발생될 경우, 해당 사항을 경보하는 운전특성경보체계에 따라 경보를 발생시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The power control unit 500 of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention is predefined in the self-power generation device 10, the power storage device 30, and the demand facility 40 When a specific driving condition occurs, an alarm may be generated according to a driving characteristic alarm system that alarms the relevant matter.

상기 운전특이상태란 운전 상태가 바람직하지 못한 경우로서 기기의 운전에 따라 입력되는 것으로서 전기 사용 장치(상기 자가발전장치(10), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)를 통틀어 말한다)의 전압, 전류등과 같이 즉시 평가 가능한 값과 이를 기초로 한 연동 기기의 효율과 같이 분석에 의한 값으로 분류하여, 이들이 타 수요 설비의 이론값 또는 머신 러닝을 통한 기준값과 비교하여 열등한 경우로 판단되는 상황을 말한다.The operation-specific state is a case in which the operation state is not desirable, and is input according to the operation of the device, and refers to the electric power generation device (referred to as the self-generation device 10, the power storage device 30, and the demand facility 40). It is classified into values that can be evaluated immediately, such as voltage and current, and values by analysis, such as the efficiency of interlocking devices based on them, and they are judged to be inferior by comparing them with the theoretical values of other demanding facilities or reference values through machine learning. Tell the situation.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 전력제어부(500)는 전력 사용자의 수요 특성을 취득하고, 기준 값이 되는 특성 항목들을 레이블(Label) 처리하여 모은 데이터 세트(Data Set)를 이용하여 러닝 모델(Learning Model) 함수를 결정하고, 이를 이용하여 산출된 값을 바탕으로 상기 자가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 간의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The power control unit 500 of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention acquires demand characteristics of power users, and collects the characteristic items that become reference values by labeling them. A learning model function is determined using a data set, and the self-powered device 10, the power system 20, the power storage device 30, and It may be characterized in that it controls the electrical connection between the demand equipment (40).

빌딩 자동 제어용 머신 러닝(Machine Learning) 분석 기준은 단순 전력 사용자의 수요 특성과 전문 전력 사용자의 수요 특성을 자동으로 취득하고 머신 러닝(Machine Learning)으로 분석하는 기법으로, 본 발명에서는 전력 데이터 처리 시스템으로도 표현할 수도 있는데 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.The machine learning analysis criterion for automatic building control is a technique that automatically acquires the demand characteristics of simple power users and the demand characteristics of professional power users and analyzes them by machine learning.In the present invention, the power data processing system is used. It can also be expressed as follows.

상기 빌딩 자동 제어용 머신 러닝(Machine Learning) 분석 기준은 빌딩 자동 제어용 머신 러닝(Machine Learning)을 통한 기준 값이 되는 특성 항목들을 레이블(Label) 처리하여 모은 데이터 세트(Data Set)를 이용하여 러닝 모델(Learning Model) 함수를 결정하고, 이를 이용하여 산출된 값을 바탕으로 처리할 수 있다.The machine learning analysis criterion for automatic building control is a learning model using a data set collected by label processing characteristic items that become reference values through machine learning for automatic building control (Machine Learning). Learning Model) function can be determined and processed based on the calculated value.

실시간 시설 특성 상태값은 전문 전력 사용자의 수요특성을 회사의 관리적 차원에서 처리하는 회사적 전문 환경 인자와 빌딩이나 공장의 운영에 필요한 기계설비나 생산에 소요되는 설비와 같은 기계, 전기, 제어 장치와 같은 설비적 전문 운전 인자로 구분하여 관리하되, 이 중 설비적 전문 운전 인자의 실시간 상태 값, 즉 본 발명에서 실시간으로 입력되는 값을 말한다.The real-time facility characteristic status value is a company-specific environmental factor that handles the demand characteristics of a professional power user at the management level of the company, and machinery, electricity, and control devices such as mechanical facilities required for the operation of buildings or factories or facilities required for production. It is classified and managed by the same facility professional operation factor, of which it refers to the real-time state value of the facility professional operation factor, that is, a value input in real time in the present invention.

확률론적으로 자가발전장치(10)의 발전량을 예측하는 확률적 건물 부하 전력 예측은 모델 빌드(예: setDemandModel 및 setPVModel)와 부하 예측(즉, getDemandForecast 및 getPVForecast)의 두 가지 함수에 따라 결정될 수 있다. Probabilistic building load power prediction that predicts the power generation amount of the self-powered device 10 probabilistically can be determined according to two functions: model build (eg, setDemandModel and setPVModel) and load prediction (ie, getDemandForecast and getPVForecast).

모델 생성함수(setDemandModel 및 setPVModel)는 부하 예측 모델을 구축하기 위해 부하 이력 데이터를 입력으로 받아 학습을 수행하고 모델을 생성한다. The model creation functions (setDemandModel and setPVModel) receive load history data as input to build a load prediction model, perform training, and create a model.

이를 위해 데이터타임 메타데이터(예: 년, 월, 일, 시간, 분기)와 최고 온도, 습도 및 구름 커버와 같은 날씨 정보와 과거 에너지 데이터(예: PV 전력 또는 건물 에너지)로 구성된 이력데이터 파일을 주어진 포멧으로 구성하여 XML 형식으로 요청을 할 수 있다. To this end, a historical data file consisting of data time metadata (e.g. year, month, day, hour, quarter) and weather information such as peak temperature, humidity and cloud cover, and historical energy data (e.g. PV power or building energy) You can make a request in XML format by configuring it in the given format.

이렇게 생성된 예측 모델은 추후 부하 예측을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템 내부에 저장될 수 있다.The generated prediction model may be stored in the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention for future load prediction.

이 작업에 대한 성공여부 등의 결과 역시 XML을 통해 피드백 될 수 있다.Results such as success or failure of this work can also be fed back through XML.

예측 모델 생성은 상당한 양의 계산 시간이 소요되므로 보통 하루에 한 번 정도 실시하는 것이 바람직하다.Generating a predictive model takes a significant amount of computation time, so it is usually desirable to perform it once a day.

모델 생성 후 getDemandForecast 및 getPVForecast와 같은 함수에 의해 부하 및 태양광 발전량 예측이 수행 될 수 있다. After model creation, load and solar power generation can be predicted by functions such as getDemandForecast and getPVForecast.

만일 모델 생성이 없이 예측함수가 호출되면 에러코드를 반환하게 할 수 있다. If a prediction function is called without model generation, an error code can be returned.

예측 함수 호출 시 예측을 위한 예측요구 기간 및 기상정보, 직전 수일 간의 부하 및 발전량 데이터 등의 메타정보를 함께 전송하여야 하며 이를 바탕으로 해당 기간의 예측과 오차보정을 수행하여 최종 결과물을 XML 형태로 반환할 수 있다.When calling the prediction function, meta information such as the forecast request period and weather information for prediction, load and generation data for the previous few days must be transmitted together, and based on this, prediction and error correction for the period are performed and the final result is returned in XML format. can do.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 상기 발전량예측부(100)에 의해 예측된 발전량, 상기 수요량예측부(200)에 의해 예측된 전력 수요량 및 상기 스케줄생성부(300)에 의해 생성된 전력저장장치(30)의 최적 스케줄에 따라 예측된 전력부하의 변동치를 산정하고 이에 요금 적용을 하여 경제성을 산출하는 경제성분석부(400)를 더 포함하며,As shown in Figure 3, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention is the power generation predicted by the power generation amount prediction unit 100, the demand amount prediction unit 200 An economical analysis unit that calculates an economic feasibility by calculating the predicted power load fluctuation value according to the predicted power demand amount and the optimal schedule of the power storage device 30 generated by the schedule generator 300 and applying a fee thereto ( 400),

상기 전력저장장치(30)의 최적 스케줄 생성 및 경제성을 산출을 반복적으로 수행하여 최적화 기법을 통해 상기 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 제어스케줄 후보를 계속 업데이트하며 가장 최저 요금이 유도되는 제어스케줄을 생성하여 최종적인 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The power storage device 30 and the demand facility 40 control schedule candidates are continuously updated through an optimization technique by repeatedly performing the optimal schedule generation and economic calculation of the power storage device 30, and the lowest charge is induced. It may be characterized by generating a control schedule to control the final power storage device 30 and the demand facility 40.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 각 전력기기(수요설비(40)) 및 에너지저장장치(ESS)(전력저장장치(30))의 제어입력을 결정함에 있어서는 각 기기들의 가동 정보를 수집하고 부하기기들의 동작 특성에 따라 동작 시점에서만 순간부하에 영향을 미치는 순시형 부하(조명, 모니터 등), 상태 값에 따른 동작 시퀀스가 있는 태스크형 부하(세탁기, 식기세척기 등), 열에너지처럼 시계열상의 의존성이 있는 열형 부하(에어컨, 히터 등) 등으로 나누어 각각의 동작 특성에 맞게끔 동작 및 에너지 입ㅇ출력 최적값을 유전자 알고리즘 및 Particle swarm optimization 같은 반복적 진화탐색 방법론이나 선형계획법(Linear programming)이나 동적계획법(Dynamic programming)등의 최적화 방법론을 이용하여 전기적 연결을 제어하는 알고리즘을 생성하고, 이를 통한 제어가 가능하도록 할 수 있다.In the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention, control inputs of each power device (demand facility 40) and energy storage device (ESS) (power storage device 30) In determining, the operation information of each device is collected and the instantaneous load (lighting, monitor, etc.) that affects the instantaneous load only at the time of operation according to the operation characteristics of the load devices, and a task-type load with an operation sequence according to the state value (washing machine) , Dishwasher, etc.), thermal loads (air conditioners, heaters, etc.) that have a time-series dependence such as thermal energy, and the optimal values of operation and energy input and output are determined according to the characteristics of each operation, such as genetic algorithm and particle swarm optimization. An algorithm for controlling the electrical connection may be generated using a methodology or an optimization methodology such as linear programming or dynamic programming, and control may be performed through the method.

상기 방법을 적용함에 있어 건물의 전력 비용을 산출하고 이를 기반으로 전력기기의 최적제어를 수행하게 되는데, 이 때 통상 두 가지 측면 이상의 요금제를 동시에 고려하게 된다. In applying the above method, the power cost of the building is calculated and optimal control of the power equipment is performed based on this. In this case, more than two aspects of the rate plan are usually considered at the same time.

특히, 시간에 따라 전력단가가 달라지는 계시별 요금제와, 연중 15분단위 전력 부하 중 가장 높은 피크치와 연동하여 기본요금을 결정하는 피크요금제를 고려할 수 있다. In particular, it is possible to consider a time-based rate system in which the power unit price varies depending on time, and a peak rate system in which the basic rate is determined in conjunction with the highest peak value among the 15-minute power loads throughout the year.

이를 위해 기계학습 기반의 건물부하예측 및 태양전지 발전량 예측을 수행하고, 생성된 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)의 제어스케줄 후보에 따라 예측된 전력부하의 변동치를 산정하고, 이에 요금 적용을 하여 상기 경제성분석부(400)를 통해 경제성을 산출할 수 있다. To this end, it performs machine learning-based building load prediction and solar cell generation amount prediction, and calculates a change in the predicted power load according to the control schedule candidates of the generated power storage device 30 and demand facility 40, By applying, it is possible to calculate economic feasibility through the economic feasibility analysis unit 400.

이를 반복적으로 수행하는 최적화 기법을 통해 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 제어스케줄 후보를 계속 업데이트하며 가장 최저 요금이 유도되는 제어스케줄을 생성하여 최종적인 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)의 입력 값을 결정할 수 있다. Through an optimization technique that repeatedly performs this, the power storage device 30 and the demand facility 40 control schedule candidates are continuously updated, and a control schedule in which the lowest charge is induced is generated, and the final power storage device 30 and the demand facility The input value of (40) can be determined.

이러한 부하 예측 및 스케줄 생성은 주기적으로 반복 수행될 수 있으며, 이 중 가장 최신의 결과를 이용하여 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 제어를 수행하는 것이 바람직하다.Such load prediction and schedule generation may be repeatedly performed periodically, and it is preferable to control the power storage device 30 and the demand facility 40 by using the most recent result.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은 수요설비(40)의 제어가 가능한 설비제어부(900)를 포함하며, 상기 설비제어부(900)는 기계분야제어부, 전력분야제어부, 조명분야제어부, 에스아이(SI; System integration)분야제어부, 뱀스(BEMS; building energy management system)분야제어부 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in Fig. 4, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention includes a facility control unit 900 capable of controlling the demand facility 40, and the facility control unit 900 is characterized in that it comprises at least one selected from a machine field control unit, a power field control unit, a lighting field control unit, a SI (System integration) field control unit, and a BEMS (building energy management system) field control unit. can do.

상기 설비제어부(900)는 기계분야제어부, 전력분야제어부, 조명분야제어부, 에스아이(SI; System integration)분야제어부, 뱀스(BEMS; building energy management system)분야제어부와 같은 건물의 에너지 사용 특성에 의하여 분류되는 전기 사용 특성에 따른 연결 단자들을 그룹으로 모아 놓고, 이들을 제어하여, 에너지를 사용하는 장치에 전기를 공급하거나 차단하는 기능을 수행하는 것을 말한다.The facility control unit 900 is based on the energy use characteristics of a building such as a machine field control unit, a power field control unit, a lighting field control unit, a SI (System integration) field control unit, and a BEMS (building energy management system) field control unit. It refers to performing a function of supplying or blocking electricity to a device that uses energy by collecting connection terminals according to the classified electricity usage characteristics into groups, and controlling them.

기계분야제어부는 AHU, EHP, 온도 조설정, 직접 부하제어와 같은 것을 제어하는 단자들의 집합체이다.The machine field control unit is an assembly of terminals that control things such as AHU, EHP, temperature adjustment, and direct load control.

전력분야제어부는 수배전반, 발전기, 디맨드(Demand)제어, 순차제어와 같은 단자들의 집합체이다.The power field control unit is an assembly of terminals such as switchgear, generator, demand control, and sequential control.

조명분야제어부는 일반등, 디밍(Dimming)등과 같은 단자들의 집합체이다. The lighting field control unit is an assembly of terminals such as general lights and dimming lights.

에스아이(SI; System integration)분야제어부는 System Integration 관련 단자들의 집합체이다.The SI (System Integration) field control unit is a collection of system integration related terminals.

뱀스(BEMS; building energy management system)분야제어부는 Building Energy Management System 단자들의 집합체이다. The BEMS (building energy management system) field control unit is a collection of Building Energy Management System terminals.

이러한 단자 집합체들의 특성은 상업용 전기 설비 또는 에너지 사용 설비 관련 기술문헌에 나오는 내용을 참고하면 본 발명을 쉽게 실시할 수 있게 된다. The characteristics of these terminal assemblies can easily implement the present invention by referring to the contents in the technical literature related to commercial electric equipment or energy-using equipment.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 설비제어부(900)는 순차적 제어방식 또는 ON/OFF 제어방식중 하나 또는 양자병용을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The facility control unit 900 of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention may be characterized in that it includes one of a sequential control method, an ON/OFF control method, or a combination of both. .

순차적 제어방식이란 센서의 입출력 신호를 온도나 조도와 같이 점진적으로 변화하는 제어이고, ON/OFF 제어방식이란 전등의 점등 수량을 1개 또는 수개로 변화시켜가는 것으로 건물부하 기기의 가동 또는 정지 방식에 의하여 가동 기기수량을 결정, 제어하는 방식이다. The sequential control method is a control that gradually changes the input and output signals of the sensor, such as temperature or illumination, and the ON/OFF control method is to change the number of lights to be lit by one or several. This is a method of determining and controlling the quantity of moving equipment.

이를 냉난방용 온도, 냉난방용 풍량, 전등의 조도 등을 순차적 제어방식으로 제어하고, 냉난방기 또는 공조기, 전등을 ON/OFF 제어방식으로 부하관리를 하는 일 실시 예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of controlling the temperature for cooling and heating, air volume for cooling and heating, and illuminance of a lamp in a sequential control method, and for managing a load in an ON/OFF control method for a cooling/heater, air conditioner, or lamp will be described as follows.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템의 설비제어부(900)로부터 임의의 신호를 받게되면 자동제어프로그램에서 에너지 사용공간에 설치된 부하를 다음 냉난방 및 전등 부하 조절과 같은 방법을 활용하여 에너지부하를 절감시킬 수 있다. When a random signal is received from the facility control unit 900 of the automatic machine learning-based building load optimal management and control system according to an embodiment of the present invention, the load installed in the energy use space in the automatic control program is then adjusted for cooling, heating and lighting load Energy load can be reduced by using the same method.

냉난방 부하의 조절은 후술하는 1~3차의 방안으로 조정하되 1차 조정 후 2차 및 3차 방안으로 순차적 적용 또는 별도 설정이 가능하다.Adjustment of the heating and cooling load is performed by the 1st to 3rd methods described later, but after the 1st adjustment, the 2nd and 3rd methods can be applied sequentially or separately set.

1차 방안-온도재설정제어 : 냉난방기 또는 공조기의 온도를 재설정하여 전력부하를 관리하는 방안1st plan-temperature reset control: a plan to manage the power load by resetting the temperature of the air conditioner or air conditioner

2차 방안-풍량 출력조절제어 : 공조기 등 모터류의 출력을 조정하여 전력부하를 관리하는 방안Second plan-Air volume output control control: A plan to manage power load by adjusting the output of motors such as air conditioners

3차 방안-ON/OFF제어 : 냉난방기, 공조기, 각종 장치를 설정된 순서에 의하여 순차적으로 OFF하여 전력부하를 관리하는 방안3rd plan-ON/OFF control: A plan to manage power load by sequentially turning off air conditioners, air conditioners, and various devices in a set order

전등 부하의 조절은 조도조절기능이 있는 경우 현재의 조도를 조절하여 전기에너지를 조정하거나, 전등을 개별 또는 회로별로 제어하여 전기에너지를 조정하거나, 두 가지 모두를 조정하여 적용할 수 있다.If there is an illuminance control function, the light load can be adjusted by adjusting the current illuminance, controlling the electric energy individually or by circuit, or by adjusting both.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

10: 자가발전장치 20: 전력계통
30: 전력저장장치 40: 수요설비
100: 발전량예측부 200: 수요량예측부
300: 스케줄생성부 400: 경제성분석부
500: 전력제어부 900: 설비제어부
10: self-powered device 20: power system
30: power storage device 40: demand facility
100: power generation forecasting unit 200: demand forecasting unit
300: schedule generation unit 400: economic analysis unit
500: power control unit 900: facility control unit

Claims (10)

자가발전장치(10)의 발전량을 기계학습 기반으로 확률론적으로 예측하는 발전량예측부(100);
수요설비(40)의 전력 수요량을 기계학습 기반으로 확률론적으로 예측하는 수요량예측부(200);
상기 발전량예측부(100)에 의해 발전량, 상기 수요량예측부(200)에 의해 예측된 전력 수요량, 기존 발생 피크부하, 전력 요금제 및 전력저장장치(30)의 상태값 정보를 포함하여 건물 전기요금이 최소화 될 수 있도록 하는 전력저장장치(30) 또는 건물부하의 최적 스케줄을 생성하는 스케줄생성부(300); 및
상기 스케줄생성부(300)에 의해 생성된 전력저장장치(30)의 최적 스케줄에 따라 상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전이 제어되도록 상기 자가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 간의 전기적 연결을 제어하는 전력제어부(500);
를 포함하며,
상기 스케줄생성부(300)는
다음식,
Figure 112020107349617-pat00035

Figure 112020107349617-pat00036

을 근거로 상기 전력저장장치(30)의 충ㆍ방전 스케줄을 생성하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
A power generation amount prediction unit 100 for probabilistically predicting the power generation amount of the self-powered device 10 based on machine learning;
A demand forecasting unit 200 for probabilistically predicting the power demand of the demand facility 40 based on machine learning;
Including the amount of electricity generated by the generation amount predicting unit 100, the amount of electric power demand predicted by the demand amount predicting unit 200, the existing peak load, the power rate plan, and the state value information of the power storage device 30 A power storage device 30 that can be minimized or a schedule generator 300 that generates an optimal schedule of a building load; And
The self-powered device 10, the power system 20, and the power storage device 30 to control charging and discharging of the power storage device 30 according to the optimal schedule of the power storage device 30 generated by the schedule generator 300 A power control unit 500 for controlling an electrical connection between the power storage device 30 and the demand facility 40;
Including,
The schedule generation unit 300
The following expression,
Figure 112020107349617-pat00035

Figure 112020107349617-pat00036

Based on the automatic machine learning-based building load optimal management and control system, characterized in that generating the charge / discharge schedule of the power storage device (30).
제1항에 있어서,
상기 수요량예측부(200)는
시계열 모델, 자동패턴분류기법 및 인공신경망모델 중 선택되는 복수의 방법론을 시기별 정확도에 따라 동적으로 결합하여 최종 예측치를 일정 시간별로 주기적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 1,
The demand forecasting unit 200 is
Optimal management of building load based on automatic machine learning, characterized in that the final predicted value is periodically generated by a fixed time period by dynamically combining a plurality of methodologies selected from time series model, automatic pattern classification technique, and artificial neural network model according to timely accuracy. And control system.
제2항에 있어서,
상기 수요량예측부(200)는
K-mean 기법을 통한 자동 부하패턴 분류와 가장 유사도가 높은 패턴을 기 설정된 입력 요소로부터 추출해내는 방법론과, 해당 입력 요소를 통해 인공신경망을 학습 시키고 이를 통해 예측하는 방법론을 예측 정확도에 따라 동적으로 취합하여 최종 예측 결과를 생성하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 2,
The demand forecasting unit 200 is
Automatic load pattern classification through K-mean method and methodology for extracting patterns with the highest similarity from preset input elements, and methodology for learning artificial neural networks through corresponding input elements and predicting through them are dynamically collected according to prediction accuracy Building load optimal management and control system based on automatic machine learning, characterized in that to generate a final prediction result.
제2항에 있어서,
상기 수요량예측부(200)는
다음식,
Figure 112020051241919-pat00025

(여기서,
Figure 112020051241919-pat00026
는 최종 결과,
Figure 112020051241919-pat00027
는 클러스터링모델의 결과,
Figure 112020051241919-pat00028
는 인공신경망모델의 결과, A는 클러스터링모델의 과거 데이터의 정확도 B는 인공신경망모델의 과거 데이터의 정확도)
에 의해, 클러스터링 모델과 인공신경망모델 각각의 과거 데이터의 정확도에 따른 가중치를 부여하여 최종 결과를 도출하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 2,
The demand forecasting unit 200 is
The following expression,
Figure 112020051241919-pat00025

(here,
Figure 112020051241919-pat00026
Is the final result,
Figure 112020051241919-pat00027
Is the result of the clustering model,
Figure 112020051241919-pat00028
Is the result of the artificial neural network model, A is the accuracy of the past data of the clustering model, B is the accuracy of the past data of the artificial neural network model)
By, the automatic machine learning-based building load optimal management and control system, characterized in that the weight according to the accuracy of the past data of each of the clustering model and the artificial neural network model is assigned to derive the final result.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전력제어부(500)는
상기 자가발전장치(10), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)에서 미리 정의된 운전특이상태가 발생될 경우, 해당 사항을 경보하는 운전특성경보체계에 따라 경보를 발생시키는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 1,
The power control unit 500
In the case of occurrence of a pre-defined operation specific state in the self-powered device 10, the power storage device 30, and the demand facility 40, an alarm is generated according to an operation characteristic alarm system that alerts the relevant matter. Building load optimal management and control system based on automatic machine learning.
제1항에 있어서,
상기 전력제어부(500)는
전력 사용자의 수요 특성을 취득하고, 기준 값이 되는 특성 항목들을 레이블(Label) 처리하여 모은 데이터 세트(Data Set)를 이용하여 러닝 모델(Learning Model) 함수를 결정하고, 이를 이용하여 산출된 값을 바탕으로 상기 자가발전장치(10), 전력계통(20), 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 간의 전기적 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 1,
The power control unit 500
A learning model function is determined using a data set collected by acquiring the power user's demand characteristics, label processing characteristic items that become reference values, and calculating the calculated value using this. Based on the automatic machine learning-based building load optimal management and control system, characterized in that the electrical connection between the self-powered device 10, the power system 20, the power storage device 30, and the demand facility 40 is controlled. .
제1항에 있어서,
상기 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은
상기 발전량예측부(100)에 의해 예측된 발전량, 상기 수요량예측부(200)에 의해 예측된 전력 수요량 및 상기 스케줄생성부(300)에 의해 생성된 전력저장장치(30)의 최적 스케줄에 따라 예측된 전력부하의 변동치를 산정하고 이에 요금 적용을 하여 경제성을 산출하는 경제성분석부(400);
를 더 포함하며,
상기 전력저장장치(30)의 최적 스케줄 생성 및 경제성을 산출을 반복적으로 수행하여 최적화 기법을 통해 상기 전력저장장치(30) 및 수요설비(40) 제어스케줄 후보를 계속 업데이트하며 가장 최저 요금이 유도되는 제어스케줄을 생성하여 최종적인 전력저장장치(30) 및 수요설비(40)를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 1,
The automatic machine learning-based building load optimal management and control system
Estimated according to the amount of generation predicted by the generation amount prediction unit 100, the amount of power demand predicted by the demand amount prediction unit 200, and the optimal schedule of the power storage device 30 generated by the schedule generation unit 300 An economic feasibility analysis unit 400 for calculating economic feasibility by calculating a fluctuation value of the generated power load and applying a charge thereto;
It further includes,
The power storage device 30 and the demand facility 40 control schedule candidates are continuously updated through an optimization technique by repeatedly performing the optimal schedule generation and economic calculation of the power storage device 30, and the lowest charge is induced. Automatic machine learning-based building load optimal management and control system, characterized in that by generating a control schedule to control the final power storage device (30) and demand equipment (40).
제1항에 있어서,
상기 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템은
수요설비(40)의 제어가 가능한 설비제어부(900)를 포함하며,
상기 설비제어부(900)는
기계분야제어부, 전력분야제어부, 조명분야제어부, 에스아이(SI; System integration)분야제어부, 뱀스(BEMS; building energy management system)분야제어부 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 1,
The automatic machine learning-based building load optimal management and control system
It includes a facility control unit 900 capable of controlling the demand facility 40,
The facility control unit 900
Automatic machine learning, characterized in that it comprises at least one selected from a machine field control unit, a power field control unit, a lighting field control unit, a SI (System integration) field control unit, and a BEMS (building energy management system) field control unit. Based building load optimal management and control system.
제9항에 있어서,
상기 설비제어부(900)는
순차적 제어방식 또는 ON/OFF 제어방식중 하나 또는 양자병용을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동기계학습 기반의 건물 부하 최적 관리 및 제어 시스템.
The method of claim 9,
The facility control unit 900
Automatic machine learning-based building load optimal management and control system, characterized in that it comprises one of a sequential control method, ON / OFF control method, or both.
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