KR102309077B1 - Solar power generation system and method applying sensor-based safety diagnosis technology - Google Patents

Solar power generation system and method applying sensor-based safety diagnosis technology Download PDF

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KR102309077B1 KR1020210068104A KR20210068104A KR102309077B1 KR 102309077 B1 KR102309077 B1 KR 102309077B1 KR 1020210068104 A KR1020210068104 A KR 1020210068104A KR 20210068104 A KR20210068104 A KR 20210068104A KR 102309077 B1 KR102309077 B1 KR 102309077B1
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Abstract

A photovoltaic power generation system applied with a sensor-based safety diagnosis technology according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of sensors which are to collect sensing information including voltage, current, insolation, temperature, humidity, atmospheric information, inclination information, and wind speed/wind direction, to identify the state of photovoltaic power generation and the state of a photovoltaic power generation structure; a connection board which receives the sensing information from the plurality of sensors to provide the same to a management server, performs structural safety diagnosis by using the inclination information on an inclination angle of the photovoltaic power generation structure, and receives a structure safety diagnosis result from the management server to control the inclination angle of the photovoltaic power generation structure by using a controller; and the management server which performs safety diagnosis of the photovoltaic power generation structure by using the inclination information collected through the connection board.

Description

센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템 및 방법{Solar power generation system and method applying sensor-based safety diagnosis technology}Solar power generation system and method applying sensor-based safety diagnosis technology

본 발명은 태양광 발전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서 및 신경망 알고리즘에 기반하여 태양광 발전 시설 구조물의 수명을 예측하고, 안전 진단을 체계적으로 수행할 수 있는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic power generation system and method, and more particularly, a sensor-based safety diagnosis technology capable of predicting the lifespan of a photovoltaic facility structure based on a sensor and a neural network algorithm and systematically performing safety diagnosis. It relates to an applied solar power generation system and method.

혹독한 외부환경에 노출되어 있는 태양전지 및 태양광발전 설비의 사고 위험성이 항상 존재한다. 또한, 태양광발전소 특성상, 발전소 건설을 위해 넓은 부지 확보가 필요하지만 상대적으로 면적이 작은 대한민국에서 태양광 부지 확보가 굉장히 어렵다.There is always the risk of accidents with solar cells and photovoltaic facilities exposed to harsh external environments. In addition, due to the nature of the solar power plant, it is necessary to secure a large site for the construction of the power plant, but it is very difficult to secure a photovoltaic site in Korea, which has a relatively small area.

이러한 이유로 태양광 발전소는 주로 매립지나 산지에 건설되는 경우가 많으며, 매립지나 산지의 경우 지반상태(연약지반)가 불안정하여 장기적인 침하로 인해 태양전지 및 태양광 발전소의 구조물과 설비 사고로 이어지는 경우가 많다.For this reason, photovoltaic power plants are often built in landfills or mountainous areas, and in the case of landfills or mountainous areas, the ground condition (soft ground) is unstable, leading to accidents with structures and facilities of solar cells and photovoltaic power plants due to long-term subsidence. many.

또한 자연재해 및 장마, 폭설, 강풍 등의 환경적인 요인으로 인해 사고가 번번이 발생하며, 특히, 바람, 지반침하 등 외부환경 및 힘에 의해 구조물이 변형될 수 있으며, 작게는 전체 시스템의 출력저하로 인한 발전효율 손실과 구조물 변형으로 인한 기울어짐, 전복, 파괴 등 금전적인 손해가 발생하게 된다.In addition, accidents occur frequently due to natural disasters and environmental factors such as the rainy season, heavy snow, and strong winds. This causes loss of power generation efficiency and financial damage such as tilting, overturning, and destruction due to structural deformation.

이러한 태양광 발전 시설의 사고는 누설전류로 인한 감전사고, 합선/누전으로 인한 화재사고로 이어질 수 있으며, 막대한 인명/재산 피해를 야기할 수 있다.Accidents in such solar power generation facilities may lead to electric shock due to leakage current, fire accidents due to short circuits/electrical short circuits, and may cause enormous human life/property damage.

더욱이 최근 지진발생 빈도가 급격히 늘어남에 따라, 더 이상 대한민국은 지진 안전지대가 아님을 알 수 있으며, 지진이 발생하면 설비전복 및 파괴, 지반침하, 액상화 현상 등 다양한 위험상황이 발생하는데, 특히 연약지반 지반인 매립지나 산지의 경우에는 지진으로 인한 지반침하, 액상화 현상, 융기 현상이 일어날 가능성이 크며, 자칫 대형사고로 이어질 가능성이 있는 문제점이 있었다.Moreover, as the frequency of earthquakes has increased rapidly in recent years, it can be seen that Korea is no longer an earthquake-safe zone. When an earthquake occurs, various dangerous situations such as overturning and destruction of facilities, subsidence of the ground, and liquefaction occur, especially in soft ground. In the case of landfills or mountainous areas, which are the ground, there is a high possibility of ground subsidence, liquefaction, and uplift caused by earthquakes, and there was a problem that could lead to a major accident.

따라서, 전술한 문제를 해결하기 위하여 센서 및 신경망 알고리즘에 기반하여 태양광 발전 시설 구조물의 수명을 예측하고, 안전 진단을 체계적으로 수행할 수 있는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템 및 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, in order to solve the above problems, the solar power generation system and method to which the sensor-based safety diagnosis technology that can systematically perform safety diagnosis and predict the lifespan of the solar power generation facility structure based on the sensor and neural network algorithm is applied. There is a need for research on it.

대한민국 등록 특허 제10-1856320호(2018.05.02. 등록)Republic of Korea Patent No. 10-1856320 (Registered on May 2, 2018)

본 발명의 목적은 센서 및 신경망 알고리즘에 기반하여 태양광 발전 시설 구조물의 수명을 예측하고, 안전 진단을 체계적으로 수행할 수 있도록, 경사센서 및 열화상카메라를 이용하여 경사정보 및 열화상정보를 획득하고 수집된 정보를 바탕으로 신경망 알고리즘을 이용하여 구조물 안전 진단을 수행하며, 안진 진단 결과에 따라 구조물의 안전 상태를 예측하고, 안전을 위한 최적의 경사 조건으로 지속적으로 보정 및 제어할 수 있는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to predict the lifespan of a solar power generation facility structure based on a sensor and a neural network algorithm, and obtain inclination information and thermal image information using an inclination sensor and a thermal imaging camera so that safety diagnosis can be systematically performed. And based on the collected information, it performs structural safety diagnosis using a neural network algorithm, predicts the safety state of the structure according to the nystagmus diagnosis result, and continuously calibrates and controls the optimal inclination conditions for safety. To provide a solar power generation system and method to which safety diagnosis technology is applied.

본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템은, 태양광 발전 상태 및 발전 구조물 상태를 파악하기 위한 전압, 전류, 일사량, 온도, 습도, 대기 정보, 경사정보, 풍속/풍향정보를 포함한 센싱정보를 수집하기 위한 복수의 센서; 상기 복수의 센서들로부터 센싱정보를 제공받아 관리서버에 제공하며, 태양광 발전 구조물의 경사각에 대한 상기 경사정보를 이용하여 구조물 안전 진단을 수행하고, 관리서버의 구조물 안전 진단 결과를 제공받아 제어기를 이용하여 태양광 발전 구조물의 경사각 제어를 수행하는 접속반; 태양광 발전 상태를 파악하기 위해 센서로부터 수집된 전압, 전류를 기초로 기간별, 발전량, 누적 발전량, 발전소 장소별 발전량, 소비 전력을 산출하여 모니터링 화면을 통하여 확인하며, 상기 접속반을 통하여 수집된 경사정보를 이용하여 태양광 발전 구조물의 안전 진단을 수행하는 관리서버를 포함한다.The photovoltaic power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology according to an embodiment of the present invention is applied is voltage, current, insolation, temperature, humidity, atmospheric information, inclination information, and wind speed for determining the photovoltaic power generation state and the power generation structure state. / A plurality of sensors for collecting sensing information including wind direction information; It receives sensing information from the plurality of sensors and provides it to the management server, performs structural safety diagnosis using the inclination information on the inclination angle of the photovoltaic structure, and receives the structure safety diagnosis result of the management server to control the controller a connection panel for controlling the inclination angle of the photovoltaic structure using; Based on the voltage and current collected from the sensor to determine the photovoltaic power generation state, the period, generation amount, accumulated generation amount, power generation amount for each power plant location, and power consumption are calculated and checked through the monitoring screen, and the slope collected through the connection panel It includes a management server that performs a safety diagnosis of the photovoltaic structure using the information.

상기에 있어서, 태양광 발전 구조물 표면을 촬영한 열화상 정보를 획득하는 열화상 카메라를 포함하며, 상기 관리서버는 상기 열화상카메라로부터 상기 열화상정보를 전송받아, 태양광 발전 구조물 표면의 온도차로부터 구조물의 성질 및 내부 상황을 열적 상태를 통하여 파악하여 구조물 안전 진단 결과를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the above, comprising a thermal imaging camera for obtaining thermal image information photographing the surface of the photovoltaic structure, wherein the management server receives the thermal image information from the thermal imaging camera, from the temperature difference of the surface of the photovoltaic structure It is characterized in that the structure safety diagnosis result is calculated by grasping the properties and internal conditions of the structure through the thermal state.

상기에 있어서, 상기 관리서버의 구조물 안전 진단은 미리 설정된 진단 기준을 토대로 이루어지며, 안전 진단 결과로서 구조물의 경사각 또는 열화상정보에 의한 열적 변형 상태값이 진단 기준 범위에서 벗어나면, 해당 진단 기준 범위를 벗어난 경사각을 보정하도록 상기 접속반을 통하여 제어기에 재전송되어 구조물이 안정적으로 지지되는 경사각을 갖도록 보정하는 것을 특징으로 한다.In the above, the structural safety diagnosis of the management server is made based on preset diagnosis criteria, and as a result of the safety diagnosis, if the inclination angle of the structure or the thermal deformation state value due to thermal image information is out of the diagnosis criteria range, the diagnosis criteria range It is retransmitted to the controller through the connection panel to correct the inclination angle deviating from , and correcting the structure to have an inclination angle stably supported.

상기에 있어서, 상기 관리서버는 상기 센싱정보를 전송받는 수집부; 상기 센싱정보를 입력변수로 한 신경망 알고리즘을 이용한 예측 모델을 기반으로 센서의 오차나 오작동 등에 대한 예측 모델을 생성할 수 있으며, 예측 모델의 예측 결과를 이용하여 센서의 허용 오차 범위를 판단하고, 허용 오차 범위 내에서 센서의 정상 작동 유무를 판단하는 예측부; 신경망 알고리즘을 이용한 진단 모델을 기반으로 상기 수집부로부터 수집된 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 입력변수로 하여, 구조물 안전 상태를 예측하여 진단하는 안전진단부; 상기 수집부로부터 수집되는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보, 예측부의 예측결과, 제어기의 제어정보, 구조물 안전 진단 결과에 대한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 활용하여 센싱/제어이력, 예측/진단 결과 리스트, 이벤트, 관리 내역에 대한 통계자료를 생성하는 통계학습부를 포함한다.In the above, the management server is a collection unit for receiving the sensing information; Based on a prediction model using a neural network algorithm using the sensing information as an input variable, a prediction model for error or malfunction of the sensor can be generated, and the tolerance range of the sensor is determined using the prediction result of the prediction model, and allowed a prediction unit that determines whether the sensor operates normally within an error range; a safety diagnosis unit for predicting and diagnosing a structural safety state by using the sensing information, slope information, and thermal image information collected from the collection unit as input variables based on a diagnosis model using a neural network algorithm; Sensing information collected from the collecting unit, inclination information, thermal image information, prediction result of the prediction unit, control information of the controller, and data on structure safety diagnosis result are collected, and sensing/control history, prediction/ It includes a statistics learning unit that generates statistical data on the diagnosis result list, events, and management details.

상기에 있어서, 상기 관리서버는 예측 모델의 예측 결과를 토대로 예측 검증을 위해 미리 생성한 평가 모델을 활용하여 예측 결과의 예측정확도를 산출하고, 예측정확도에 따른 예측 오차에 대해 민감하도록 학습을 수행하여 예측 모델의 가중치나 변수를 조정할 수 있도록 함으로써, 예측 모델의 업그레이드를 수행하는 평가진화부를 더 포함한다.In the above, the management server calculates the prediction accuracy of the prediction result by using the evaluation model generated in advance for prediction verification based on the prediction result of the prediction model, and performs learning to be sensitive to the prediction error according to the prediction accuracy. By allowing the weights or variables of the predictive model to be adjusted, it further includes an evaluation evolution unit that upgrades the predictive model.

본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법은, 복수의 센서로부터 센싱정보를 수집하는 접속반과 통신망으로 연결되어 센싱정보를 전송받아 태양광 발전 상태를 모니터링하는 관리서버를 이용한 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법에 있어서, 상기 접속반은 전압, 전류, 일사량, 온도, 습도, 대기정보(산소, CO2), 풍속정보, 풍향정보, 태양광 발전 구조물의 경사각에 대한 경사정보를 포함한 상기 센싱정보를 수집하는 단계; 상기 접속반은 열화상 카메라로부터 태양광 발전 구조물 표면을 촬영한 열화상 정보를 수집하는 단계; 상기 접속반은 수집된 센싱정보, 경사정보 및 열화상정보를 상기 관리서버로 전송하는 단계: 상기 관리서버는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 입력변수로 한 신경망 알고리즘 학습을 위한 진단 모델을 기반으로 하여, 구조물 안전 상태를 예측하여 안전 진단 결과를 산출하는 단계;를 포함한다.The photovoltaic power generation method to which the sensor-based safety diagnosis technology is applied according to an embodiment of the present invention is connected to a communication network with a connection panel that collects sensing information from a plurality of sensors, and a management server that receives sensing information and monitors the photovoltaic power generation status In the photovoltaic power generation method to which a sensor-based safety diagnosis technology is applied using collecting the sensing information including inclination information for ; The connecting panel may include: collecting thermal image information obtained by photographing the surface of a photovoltaic structure from a thermal imaging camera; The connecting group transmits the collected sensing information, inclination information, and thermal image information to the management server: The management server provides a diagnostic model for learning a neural network algorithm using sensing information, inclination information, and thermal image information as input variables. Based on the prediction of the structural safety state, calculating a safety diagnosis result; includes.

상기에 있어서, 상기 관리서버는 수집된 센싱정보들 각각의 해당 센싱값들이 기준이 되는 허용오차 범위 내에서 작동하는지 비교함으로써, 센싱 오차가 허용오차 범위 내에 있는지 판단하고, 센서가 정상 작동하는지 유무를 판단하는 단계;를 더 포함한다.In the above, the management server determines whether the sensing error is within the tolerance range by comparing whether the respective sensing values of the collected sensing information operate within the tolerance range as a reference, and determines whether the sensor operates normally. The step of determining; further includes.

상기에 있어서, 상기 관리서버는 구조물 안전 진단 결과를 미리 설정된 진단 기준을 토대로 산출하고, 안전 진단 결과를 이용하여 구조물의 경사각 또는 열화상정보에 의한 열적 변형 상태값이 진단 기준 범위에서 벗어나면, 해당 진단 기준 범위를 벗어난 경사각을 보정하도록 제어하는 단계;를 더 포함한다.In the above, the management server calculates the structure safety diagnosis result based on a preset diagnosis standard, and when the inclination angle of the structure or the thermal deformation state value due to thermal image information using the safety diagnosis result is out of the diagnosis standard range, the corresponding The method further includes; controlling to correct the inclination angle that is out of the diagnostic reference range.

상기에 있어서, 상기 관리서버는 구조물 진단 결과를 이용하여 진단 모델을 평가하는 평가 모델을 이용하여 평가정보를 생성하고, 평가정보를 이용하여 진단 모델을 업그레이드하는 단계;를 더 포함한다.In the above, the management server generates evaluation information using an evaluation model that evaluates the diagnosis model using the structure diagnosis result, and upgrades the diagnosis model by using the evaluation information.

상기에 있어서, 상기 관리서버는 상기 평가정보를 토대로 평가 모델을 활용하여 진단 결과의 예측정확도를 산출하고, 예측정확도에 따른 예측 오차에 대해 민감하도록 학습을 수행하여 진단 모델의 가중치나 변수를 조정할 수 있도록 업그레이드하는 것을 특징으로 한다.In the above, the management server calculates the prediction accuracy of the diagnosis result by using the evaluation model based on the evaluation information, and performs learning to be sensitive to the prediction error according to the prediction accuracy to adjust the weights or variables of the diagnosis model. It is characterized by upgrading so that

본 발명의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템은 경사정보 및 열화상정보를 획득하고 수집된 정보를 바탕으로 신경망 알고리즘을 이용하여 구조물 안전 진단을 수행하며, 안진 진단 결과에 따라 구조물의 안전 상태를 예측하고, 안전을 위한 최적의 경사 조건으로 지속적으로 보정 및 제어할 수 있는 장점이 있다.The photovoltaic power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of the present invention is applied acquires inclination information and thermal image information, and performs structural safety diagnosis using a neural network algorithm based on the collected information. It has the advantage of predicting the condition and continuously calibrating and controlling the optimal inclination conditions for safety.

태양광 발전량, 온도 습도 등의 각종 센싱정보를 포함한 통합적인 통계자료를 관리자에게 제공하고, 특히 구조물의 안전 상태를 예측하여 구조물의 수명을 파악하도록 관리자에게 자료를 제공하고, 구조물의 안전 상태가 기설정된 위험 기준을 초과하게 되면 관리자 경보알림을 제공하여 실시간 모니터링이 가능한 장점이 있다.Provides the manager with integrated statistical data including various sensing information such as solar power generation and temperature and humidity When the set risk standard is exceeded, it has the advantage of real-time monitoring by providing an alarm notification to the administrator.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 도 1의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 내부 구성을 세부적으로 보인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법의 순서도이다.
도 4는 도 1의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템 구성 예시를 보인 도면이다.
도 5는 도 1의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 센싱정보 수집 예시를 보인 도면이다.
도 6은 도 1의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 관리 모니터링 화면 중 발전 상태 예시를 보인 도면이다.
도 7은 도 1의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 관리 모니터링 설정 화면 예시를 보인 도면이다.
도 8은 도 1의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 관리 모니터링 화면 중 환경 및 구조물 상태 표시 예시를 보인 도면이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a photovoltaic power generation system to which a sensor-based safety diagnosis technology is applied according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram showing the internal configuration of a solar power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of FIG. 1 is applied.
3 is a flowchart of a photovoltaic power generation method to which a sensor-based safety diagnosis technology is applied according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing an example of the configuration of a solar power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of FIG. 1 is applied.
5 is a view showing an example of collecting sensing information of a solar power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of FIG. 1 is applied.
FIG. 6 is a view showing an example of a power generation state in a management monitoring screen of a solar power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of FIG. 1 is applied.
7 is a diagram illustrating an example of a management monitoring setting screen of a solar power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of FIG. 1 is applied.
FIG. 8 is a view showing an example of displaying the environment and structure status among the management monitoring screens of the solar power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of FIG. 1 is applied.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, delete, etc. other components within the scope of the same spirit, through addition, change, deletion, etc. Other embodiments included within the scope of the invention may be easily proposed, but this will also be included within the scope of the invention. In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 구성을 보인 블록도이며, 도 2는 도 1의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템의 내부 구성을 세부적으로 보인 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a solar power generation system to which a sensor-based safety diagnosis technology is applied according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an internal configuration of a solar power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of FIG. 1 is applied. It is a block diagram showing in detail.

본 발명의 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템은 태양광 패널을 구성하는 태양광 스트링(200)에 연결되어 각종 센싱정보를 수집하기 위한 복수의 센서(100), 태양광 스트링(200)의 전압, 전류를 측정하여 감시하고 상태를 확인하는 접속반(300), 태양광 스트링(200)에서 생산된 직류 전압을 전력계통(340)에 전달할 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터(330), 유무선통신망(400)을 통하여 접속반(300)과 연결되는 관리서버(500) 및 관리단말(600)을 포함한다.The photovoltaic power generation system to which the sensor-based safety diagnosis technology of the present invention is applied is connected to the photovoltaic string 200 constituting the photovoltaic panel, and a plurality of sensors 100 and photovoltaic string 200 for collecting various kinds of sensing information. A connection panel 300 that measures and monitors the voltage and current of It includes a management server 500 and a management terminal 600 connected to the connection panel 300 through the communication network 400 .

복수의 센서(100)는 태양광 발전에 영향을 끼치는 각종 상태를 체크하기 위해 센싱정보를 수집하기 위한 것으로, 구체적 예를 들어 전압/전류센서, 일사량센서, 온도센서, 습도센서, 대기센서(산소, CO2 등을 측정하는 센서 포함), 경사센서, 풍속/풍향계 등을 포함한다. 따라서 센서(100)로부터 수집되는 센싱정보에는 전압, 전류, 일사량, 온도, 습도, 대기정보(산소, CO2), 풍속정보, 풍향정보, 경사정보 등이 포함될 수 있다.The plurality of sensors 100 are for collecting sensing information to check various states affecting solar power generation, and specifically, for example, a voltage/current sensor, a solar radiation sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and an atmospheric sensor (oxygen , including sensors that measure CO2, etc.), inclination sensors, wind speed/vane meters, etc. Accordingly, the sensing information collected from the sensor 100 may include voltage, current, insolation, temperature, humidity, atmospheric information (oxygen, CO2), wind speed information, wind direction information, slope information, and the like.

여기서 경사센서는 예컨대 가속도센서, 자이로센서, 관성계측센서(IMU 센서) 등이 될 수 있으며, 적어도 하나의 경사센서를 설치하여 태양광 발전 구조물 진단에 필요한 구조물의 경사도를 측정한 경사정보를 획득하여 접속반(300) 및 관리서버(500)로 제공할 수 있다. Here, the inclination sensor may be, for example, an acceleration sensor, a gyro sensor, an inertial measurement sensor (IMU sensor), etc., by installing at least one inclination sensor to obtain inclination information measuring the inclination of a structure necessary for diagnosing a photovoltaic structure. It can be provided by the connection panel 300 and the management server 500 .

여기서 태양광 발전 구조물은 태양광 스트링을 지지하기 위한 구조물이 될 수 있으며, 일사량을 증가시키고, 태양광 발전 최적 효율을 위해 소정 각도로 경사지게 태양광 스트링이 배치되게 되어 있는데, 적절한 경사범위를 벗어나면 구조물이 안정적으로 태양광 스트링을 지지할 수 없으며, 발전 효율도 떨어질 수 있으므로, 이것이 구조물 안전 진단에 신경 써야하는 이유이다.Here, the photovoltaic structure may be a structure for supporting the photovoltaic string, increase the amount of insolation, and the photovoltaic string is disposed to be inclined at a predetermined angle for optimal photovoltaic efficiency. Since the structure cannot stably support the solar string and the power generation efficiency may also decrease, this is why it is important to pay attention to the safety diagnosis of the structure.

풍속/풍향계는 태양광 발전 설비를 갖춘 발전소 주변 부지에 설치될 수 있으며,, 온도센서 및 습도센서는 태양광 스트링(200)뿐만 아니라, 접속반(300) 내/외부에 설치되어 접속반(300)의 전기 상태를 감시할 수도 있다.The wind speed / wind vane may be installed in a site around a power plant equipped with a photovoltaic power plant, and a temperature sensor and a humidity sensor are installed inside/outside the connecting panel 300 as well as the solar string 200 to provide the connecting panel 300 ) can also be monitored.

또한 열화상 카메라(310)는 태양광 발전 구조물 표면의 온도차로부터 구조물의 성질 및 내부 상황을 열적 상태를 통하여 파악하여 구조물 안전 진단에 활용하기 위해 촬영되는 것으로, 특히 태양광 스트링(200)이 설치되는 스트링 구조물의 기둥 등을 촬영하여 열적 변화를 감지할 수 있으며, 열화상정보는 관리서버(500)로 전송되어 안전 진단에 활용될 수 있다.In addition, the thermal imaging camera 310 is photographed for use in structural safety diagnosis by grasping the properties and internal conditions of the structure from the temperature difference on the surface of the solar power generation structure through the thermal state. A thermal change may be detected by photographing a column of the string structure, and the thermal image information may be transmitted to the management server 500 and utilized for safety diagnosis.

제어기(320)는 태양광 스트링(200)이 설치되는 스트링 구조물의 경사도를 좌우 또는 상하 틸팅(tilting)에 의해 최적의 태양광을 수집하거나 구조물을 안정적으로 지지할 수 있는 위치로 각도 조절을 제어할 수 있다.The controller 320 collects optimal sunlight by tilting the inclination of the string structure in which the solar string 200 is installed, left and right or up and down, or to control the angle adjustment to a position where the structure can be stably supported. can

특히 제어기(320)에 의해 관리서버(500)의 신경망 알고리즘에 의한 구조물 안전 진단 결과 및 기상 상태, 계절 또는 시간대에 따라 구조물 경사각이 보정되도록 하여 태양광 발전을 안정적으로 수행할 수 있게 한다. 또한, 기상 상태, 계절 또는 시간대에 따라서 보정되는 경사각은 태양의 직사광선을 수집하기 적합한 경사각이 될 수도 있다.In particular, the structure safety diagnosis result by the neural network algorithm of the management server 500 by the controller 320 and the inclination angle of the structure are corrected according to weather conditions, seasons or time zones, thereby stably performing photovoltaic power generation. In addition, the inclination angle corrected according to the weather condition, season or time of day may be an inclination angle suitable for collecting the direct rays of the sun.

접속반(300)은 복수의 센서(100)들로부터 센싱정보를 수집하여 태양광 스트링(200)의 전압, 전류를 감시하고 상태를 확인함과 아울러, 경사센서의 경사정보 및 열화상카메라의 열화상정보를 수집하여, 관리서버(500)에 제공함으로써, 구조물 안전 진단을 수행할 수 있도록 하고, 관리서버(500)의 구조물 안전 진단 결과를 제공받아 제어기(320)에 전달하여, 구조물의 경사각 제어를 수행하여 최적의 조건으로 태양광 발전을 수행할 수 있게 한다.The connection panel 300 collects sensing information from a plurality of sensors 100 to monitor the voltage and current of the solar string 200 and check the state, as well as the inclination information of the inclination sensor and the heat of the thermal imaging camera. By collecting image information and providing it to the management server 500, the structure safety diagnosis can be performed, and the structure safety diagnosis result of the management server 500 is provided and transmitted to the controller 320 to control the inclination angle of the structure. to perform solar power generation under optimal conditions.

또한 접속반(300)은 각종 센서(100)로부터 수집되는 센싱정보를 별도의 라인으로 수집하는 것이 바람직하며, 도 5를 참조하면, 이를 위한 센서보드가 마련될 수 있다. 즉 센서보드에 일사량센서, 온도센서, CO2 농도센서, 자이로센서가 각각 연결되어 해당 센싱정보를 수집할 수 있다.In addition, it is preferable that the connection panel 300 collects the sensing information collected from the various sensors 100 in a separate line. Referring to FIG. 5 , a sensor board for this may be provided. That is, the insolation sensor, the temperature sensor, the CO2 concentration sensor, and the gyro sensor are connected to the sensor board, respectively, and the corresponding sensing information can be collected.

또한 센서보드는 도 4를 기준으로 각 발전소 위치에 마련된 태양광발전(접속반(300))에 마련되고, 복수의 센서(100)와 연결되어 센싱정보를 수집하고, RTU를 통하여 관리서버(SERVER)에 전압, 전류, 온도, 경사도(기울기) 등과 같은 센싱정보 및 열화상정보를 전송할 수 있다. 또한 태양광발전(접속반)과 RTU 사이에는 스위칭(Switching)부가 구비되어 수집되는 센서(100)마다 별도의 통신라인을 통해 스위칭되어 신호를 전송하는 것이 바람직하며, 모니터 신호, 제어(contol) 신호도 별도 라인으로 제공될 수 있다.In addition, the sensor board is provided in the photovoltaic power generation (connection panel 300) provided at each power plant location based on FIG. 4, is connected to a plurality of sensors 100, collects sensing information, and through the RTU, the management server (SERVER) ), sensing information such as voltage, current, temperature, gradient (slope), and the like, and thermal image information can be transmitted. In addition, it is preferable that a switching unit is provided between the photovoltaic power generation (connection panel) and the RTU, so that each sensor 100 to be collected is switched through a separate communication line to transmit a signal, and a monitor signal and a control signal. may also be provided as a separate line.

또한 관리서버(500)에서는 수집된 전압, 전류를 기초로 기간별(일/월/년), 발전량, 누적 발전량, 발전소 장소별 발전량, 소비 전력 등을 산출하여 모니터링 화면을 통하여 확인할 수 있다.In addition, the management server 500 calculates the collected voltage and current for each period (day/month/year), the amount of power generation, the accumulated amount of power generation, the amount of power generated by each power plant location, and the power consumption, and it can be checked through the monitoring screen.

또한 접속반(300)은 인버터(330)를 통하여 전력계통(340)에 전력을 공급하도록 태양광 스트링(200)으로부터 발전된 직류 전압을 전달할 수 있다.In addition, the connection panel 300 may transmit the DC voltage generated from the solar string 200 to supply power to the power system 340 through the inverter 330 .

관리서버(500)는 접속반(300)을 통하여 수집된 센싱정보, 특히 경사센서의 경사정보와 열화상카메라의 열화상정보를 복합적으로 이용하여 태양광 발전 구조물의 안전 진단을 수행하여 안전 진단 결과를 산출할 수 있다. 여기서 열화상 카메라(310)는 적외선 방식으로 온도 변화를 감지하여 촬영되는 카메라 등이 될 수 있다.The management server 500 performs safety diagnosis of the solar power generation structure by using the sensing information collected through the connection panel 300, in particular, the inclination information of the inclination sensor and the thermal image information of the thermal imaging camera in a complex manner, resulting in a safety diagnosis. can be calculated. Here, the thermal imaging camera 310 may be a camera that detects a temperature change in an infrared method and takes pictures.

관리서버(500)의 구조물 안전 진단은 미리 설정된 진단 기준을 토대로 이루어지며, 안전 진단 수행 결과인 안전 진단 결과는 접속반(300)을 통하여 제어기(320)에 재전송되어 구조물이 안정적으로 지지되는 최적의 경사각을 갖도록 보정할 수 있게 한다. The structural safety diagnosis of the management server 500 is made based on preset diagnostic criteria, and the safety diagnosis result, which is the result of the safety diagnosis, is retransmitted to the controller 320 through the connection panel 300 to provide an optimal structure that is stably supported. Make it possible to correct it to have an inclination angle.

예컨대 구조물의 경사각 또는 열화상정보에 의한 열적 변형 상태값이 진단 기준 범위에서 벗어나면, 구조물의 뒤틀림이나 변형이 발생할 수 있으므로, 이러한 이유로 진단 기준 범위를 벗어난 경사각을 보정할 수 있다. For example, if the inclination angle of the structure or the thermal deformation state value due to the thermal image information is out of the diagnostic reference range, distortion or deformation of the structure may occur. For this reason, the inclination angle outside the diagnostic reference range may be corrected.

진단 기준 범위를 벗어난 수치적 정도에 따라 보정되는 경사각을 달라질 수 있으며, 이를 위해 진단 기준 범위에 대응되는 복수의 보정할 경사각에 대해 테이블 형태로 수치가 정해져 해당 수치의 경사각으로 보정이 이루어지는 것이 바람직하다.The corrected inclination angle may vary depending on the numerical degree outside the diagnostic reference range, and for this purpose, it is preferable that a numerical value is set in a table form for a plurality of inclination angles to be corrected corresponding to the diagnostic reference range, and correction is made using the inclination angle of the corresponding numerical value. .

또한 기상 상태, 계절 또는 시간대에 따라서는 수집된 경사정보를 기초로 신경망 학습을 통해 최적 경사값을 예측하고, 태양의 직사광선을 수집하기 적합한 최적 경사각을 제공하여 태양광 발전 효율을 향상시키도록 경사각을 보정할 수도 있으며, 경사정보 외에 추가로 일사량, 온도, 습도, 풍향/풍속에 대한 센싱정보를 신경망 학습시 입력변수로 활용할 수도 있다. 즉, 구조물은 바람의 영향을 받기 때문에, 풍향/풍속이 기준 이상으로 초과 발생시 구조물 변형이나 뒤틀림, 이탈 등이 발생할 수 있으므로, 이러한 점을 고려하여 경사정보와 함께 추가 입력변수로 제공되는 것이 바람직하다. In addition, depending on the weather condition, season or time zone, the optimal inclination value is predicted through neural network learning based on the collected inclination information, and the inclination angle is adjusted to improve the solar power generation efficiency by providing the optimal inclination angle suitable for collecting the direct sunlight of the sun. In addition to the inclination information, sensing information on insolation, temperature, humidity, and wind direction/wind speed can also be used as input variables when learning the neural network. In other words, since the structure is affected by the wind, when the wind direction/wind speed exceeds the standard, deformation, distortion, or departure of the structure may occur. .

또한, 관리서버(500)의 구조물 안전 진단 결과가 설정된 위험기준을 초과하게 되면, 관리단말(600)의 모니터링 화면 및 접속반(300)에 안전 진단 결과를 전송함과 아울러, 경고 알람 신호를 제공하여 로컬 및 외부 지역에서 구조물 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 제공될 수도 있다.In addition, when the structure safety diagnosis result of the management server 500 exceeds the set risk standard, the safety diagnosis result is transmitted to the monitoring screen of the management terminal 600 and the connection panel 300 and a warning alarm signal is provided. Therefore, it may be provided so that the status of the structure can be checked in real time in local and external areas.

나아가, 상술한 관리서버(500)의 신경망 학습 알고리즘을 이용한 구조물 안전 진단은 접속반(300) 내부의 MCU와 같은 제어부(미도시)에서도 수행될 수 있으며, 이를 통해 접속반(300)이 직접 구조물 안전 진단 결과에 따라 제어기(320)에 의한 경사각 틸팅 제어를 수행할 수도 있다.Furthermore, the structural safety diagnosis using the neural network learning algorithm of the management server 500 described above can also be performed in a control unit (not shown) such as an MCU inside the connection panel 300, and through this, the connection panel 300 is directly connected to the structure. The tilt angle tilting control by the controller 320 may be performed according to the safety diagnosis result.

또한 관리서버(500)는 세부적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 수집부(510), 예측부(520), 안전진단부(530), 통계학습부(540), 평가진화부(550) 및 데이터베이스(560)를 더 포함한다.In addition, as shown in FIG. 2 in detail, the management server 500 includes a collection unit 510, a prediction unit 520, a safety diagnosis unit 530, a statistics learning unit 540, an evaluation evolution unit 550 and It further includes a database 560 .

수집부(510)는 접속반(300)과 유무선통신망(400)을 통하여 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 수집할 수 있도록 통신을 수행하며, 이를 위해 하나 이상의 통신 프로토콜을 포함할 수 있다.The collection unit 510 performs communication to collect sensing information, tilt information, and thermal image information through the connection panel 300 and the wired/wireless communication network 400 , and may include one or more communication protocols for this purpose.

예측부(520)는 상기 수집부(510)로부터 수집된 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 해당 센싱값들이 기준이 되는 허용오차 범위 내에서 작동하는지 비교함으로써, 센싱 오차가 허용오차 범위 내에 있는지 판단할 수 있으며, 이를 통해 센서(100)가 정상 작동하는지 유무를 판단할 수 있다. The prediction unit 520 compares the sensing information, the inclination information, and the thermal image information collected from the collecting unit 510 whether the corresponding sensing values operate within the tolerance range as a reference, to determine whether the sensing error is within the tolerance range. can be determined, and through this, it can be determined whether the sensor 100 operates normally.

나아가 예측부(520)는 상기 센싱정보를 입력변수로 한 적어도 하나 이상의 신경망 알고리즘을 이용한 예측 모델을 기반으로 센서(100)의 오차나 오작동 등에 대한 예측 모델을 생성할 수 있으며, 예측 모델의 예측 결과를 이용하여 센서(100)의 허용 오차 범위를 판단하고, 허용 오차 범위 내에서 센서(100)의 정상 작동 유무를 판단할 수 있다. 예측부(520)의 예측 결과에 따라 정상 작동이 아니라고 판단되는 경우에는 센싱정보 수집을 중단하고, 관리단말(600)로 경고 알람을 전송할 수 있으며, 경고 알람의 형태는 단계별(예컨대 정상, 주의, 비정상)로 설정될 수 있다. Furthermore, the prediction unit 520 may generate a prediction model for an error or malfunction of the sensor 100 based on a prediction model using at least one neural network algorithm using the sensing information as an input variable, and the prediction result of the prediction model. can be used to determine an allowable error range of the sensor 100 and determine whether the sensor 100 operates normally within the allowable error range. When it is determined that the operation is not normal according to the prediction result of the prediction unit 520, the collection of sensing information may be stopped, and a warning alarm may be transmitted to the management terminal 600, and the type of warning alarm may be changed in stages (eg, normal, caution, abnormal) can be set.

또한 기준이 되는 허용오차는 학습 초기에는 수집된 센싱정보가 존재하지 않기  때문에, 초기 센서(100)의 출하시 센서 설계에 따라 매뉴얼에서 정해진 허용 오차가 반영될 수 있다.In addition, since the tolerance as a standard does not exist in the initial learning period, the tolerance determined in the manual may be reflected according to the sensor design at the time of shipment of the initial sensor 100 .

안전진단부(530)는 신경망 알고리즘을 이용한 진단 모델을 기반으로 상기 수집부(510)로부터 수집된 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 입력변수로 하여, 구조물 안전 상태를 예측하여 진단할 수 있다. 또한 추가로 안전진단부(530)는 상기 입력변수 외에도 풍향계/풍속계로부터 수집되는 풍향/풍속에 대한 센싱정보를 추가하여 구조물 안전 상태를 판단하는 것이 바람직한데, 왜냐하면, 장마, 폭설, 강풍 등의 환경적인 요인에서 구조물의 변형이나 뒤틀림이 발생한 확률이 증가하기 때문이다. 이를 통하여 더욱 구조물 안전 진단을 다각도로 수행하고, 진단 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.The safety diagnosis unit 530 may predict and diagnose the safety state of a structure by using the sensing information, inclination information, and thermal image information collected from the collection unit 510 as input variables based on a diagnosis model using a neural network algorithm. . In addition, it is preferable that the safety diagnosis unit 530 determines the safety state of the structure by adding sensing information about the wind direction/wind speed collected from the wind vane/anemometer in addition to the input variables, because the environment such as rainy season, heavy snow, and strong wind This is because the probability of deformation or distortion of the structure increases due to the negative factors. Through this, it is possible to further perform structural safety diagnosis from multiple angles and to improve the accuracy of diagnosis results.

또한 안전진단부(530)는 구조물 안전 상태에 대한 진단 결과를 산출하고, 진단 결과를 접속반(300)을 거쳐 제어기(320)에 재전송하여 진단 결과에 따라 구조물 경사각을 보정할 수 있도록 하며, 만약 진단 결과에서 설정된 위험기준을 초과하게 되면, 관리단말(600) 및 접속반(300)에 경고 알람을 제공하여 로컬 및 외부 지역에서 구조물 상태를 실시간으로 확인할 수 있도록 제공할 수도 있다. 진단 결과에 대한 경고 알람의 형태는 단계별(예컨대 구조물 안전, 주의, 위험 등)로 설정될 수 있다.In addition, the safety diagnosis unit 530 calculates a diagnosis result for the safety state of the structure, retransmits the diagnosis result to the controller 320 through the connection panel 300 to correct the inclination angle of the structure according to the diagnosis result, and if When the risk criterion set in the diagnosis result is exceeded, a warning alarm may be provided to the management terminal 600 and the connection panel 300 so that the state of the structure can be checked in real time in local and external areas. The type of warning alarm for the diagnosis result may be set in stages (eg, structure safety, caution, danger, etc.).

나아가 안전진단부(530)는 구조물 안전 상태에 대한 진단 결과를 산출하기 위해 구조물의 현재 상태를 하나 이상의 신경망 알고리즘을 이용하여 예측할 수 있으며, 구체적으로 사용되는 신경망 알고리즘의 예로는 RNN(Recurrent Neural Network), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, 이하 SVM), CNN(Convolution Neural Network), 어텐션 알고리즘 등이 될 수 있다.Furthermore, the safety diagnosis unit 530 may predict the current state of the structure using one or more neural network algorithms to calculate a diagnosis result for the safety state of the structure, and an example of a specifically used neural network algorithm is a Recurrent Neural Network (RNN) , a support vector machine (hereinafter referred to as SVM), a convolution neural network (CNN), an attention algorithm, or the like.

구체적으로 SVM의 경우 가속도값의 변위를 활용하여 SVM에서 패턴정보를 생성하고, SVM 알고리즘에 적용하여 여러 구조물 상황을 인지하고 구조물의 상태를 패턴에 따라 판단할 수 있는 것이다. Specifically, in the case of SVM, pattern information is generated in the SVM by using the displacement of the acceleration value, and by applying the SVM algorithm, it is possible to recognize various structure situations and determine the state of the structure according to the pattern.

예를 들면, 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine : SVM) 알고리즘을 활용하여 경사센서로부터 획득되는 가속도값의 변위에 따라 패턴정보를 생성하고, 신경망의 특성 및 가속도값을 매개변수로 하여 패턴을 분류할 수 있으며, 이를 기반으로 하여 생성된 패턴정보의 패턴이 유사한 상황에 대하여 태양광 발전 구조물에 영향을 끼치는 환경요인(바람, 지진, 온도, 습도 등)의 영향으로 인한 구조물의 기울어짐, 변형, 뒤틀림, 구조물의 파손 또는 외부 충격의 정도 등을 판단하고, 이에 대한 안전 진단 결과를 산출할 수 있는 것이다.For example, by using the Support Vector Machine (SVM) algorithm, pattern information is generated according to the displacement of the acceleration value obtained from the inclination sensor, and the pattern can be classified using the characteristics and acceleration values of the neural network as parameters. The inclination, deformation, and distortion of structures due to the influence of environmental factors (wind, earthquake, temperature, humidity, etc.) , it is possible to determine the degree of damage to the structure or the degree of external impact, and to calculate a safety diagnosis result.

여기서 SVM이란 클래시피케이션(classification), 리그레션(regression), 특이점 판별(outliers detection) 등에 주로 사용되는 지도 학습(Supervised Learning) 머신 러닝 방법 중 하나이며, 예를 들어, 두 그룹의 데이터셋을 구분하는 여러 가지 방법 중에 패턴에 따라 각 그룹의 최대 거리에 있는 중간지점을 정확하게 구분할 수 있는 것이 분류정확도를 높일 수 있는 최적의 방법이라고 할 수 있다. 특히 SVM은 복수의 디멘션을 갖는 데이터에 대해서, 패턴에 따라 복수의 디멘션을 잘 구분할 수 있는 최적의 결정 경계(decision boundary)를 찾는 것에 최적화된 방법으로 알려져 있다.Here, SVM is one of the supervised learning machine learning methods mainly used for classification, regression, outliers detection, etc. For example, the two groups of datasets are divided Among the various methods to do this, it can be said that the best way to increase the classification accuracy is to be able to accurately classify the midpoint at the maximum distance of each group according to the pattern. In particular, SVM is known as an optimized method for finding an optimal decision boundary capable of distinguishing a plurality of dimensions according to a pattern for data having a plurality of dimensions.

나아가 안전진단부(530)는 경사정보, 열화상정보 및 풍향/풍속에 대한 센싱정보의 특징 데이터를 이용하며 상술한 SVM 외에 CNN, LSTM RNN(Long Short Term Memory RNN), 어텐션 알고리즘(Attention mechanism)의 조합을 통해 심층학습을 수행하도록 구성된다. Furthermore, the safety diagnosis unit 530 uses the characteristic data of the sensing information for the inclination information, the thermal image information and the wind direction/wind speed, and in addition to the above-described SVM, CNN, LSTM Long Short Term Memory RNN (RNN), attention algorithm It is configured to perform deep learning through a combination of

여기서 어텐션 알고리즘은 인코더와 디코더로 이루어져 있으며, 인코더에서는 LSTM의 히든 스테이트를 행렬로 만들고, 디코더에서는 히든 스테이트 중 중요한 스테이트를 강조할 수 있으며, 이러한 방법은 일정 거리 이상의 중요한 출력벡터에 집중할 수 있게 만들어, neural machine translation(NMT)에서 훌륭한 성능을 보여줄 수 있다.Here, the attention algorithm consists of an encoder and a decoder, and the encoder makes the hidden states of the LSTM into a matrix, and the decoder can highlight important states among the hidden states. This method makes it possible to focus on important output vectors over a certain distance, It can show great performance in neural machine translation (NMT).

따라서 안전진단부(530)는 안전 진단 결과를 산출하기 위한 진단 모델로서, CNN, LSTM RNN, 어텐션 알고리즘을 조합한 모델(CLA 모델)을 이용할 수 있다.Therefore, the safety diagnosis unit 530 may use a model (CLA model) in which CNN, LSTM RNN, and attention algorithm are combined as a diagnosis model for calculating the safety diagnosis result.

CLA 모델은 국소적인 특징의 파악에 유리한 CNN, 순차적인 데이터 처리에 유리한 LSTM RNN, 중요한 정보에 집중할 수 있게 하는 어텐션 메커니즘의 장점을 이용하여 단순히 SVM이나 CNN을 사용한 모델에 비해 보다 우수한 성능을 유도할 수 있게 된다.The CLA model uses the advantages of CNN, which is advantageous for local feature identification, LSTM RNN, which is advantageous for sequential data processing, and the attention mechanism, which allows you to focus on important information, to induce better performance compared to models using simple SVM or CNN. be able to

예를 들어 CLA 모델은 경사정보 및 열화상정보의 특징 추출 과정에서 80차원의 mel spectrogram으로 변환하고 3초 단위의 300 프레임셋이 모델에 입력된다. 모델은 CNN 레이어(layer)로 스펙트럼의 공간적(spatial)인 특성을 추출하고, LSTM레이어로 시간적(temporal)인 정보를 추출한 후 Attention 레이어로 지역적인 특성을 집중하여 정보를 수집한다.For example, the CLA model is converted into an 80-dimensional mel spectrogram during the feature extraction process of inclination information and thermal image information, and 300 framesets of 3 seconds are input to the model. The model extracts the spatial characteristics of the spectrum with the CNN layer, the temporal information with the LSTM layer, and then collects the information by concentrating the local characteristics with the attention layer.

CNN 레이어는 Convolution 연산과 max pooling을 두 번씩 반복하는 레이어이다. The CNN layer is a layer that repeats convolution operation and max pooling twice.

예를 들어 CNN 레이어는 입력된 spectrogram를 분석하여 조금 더 구조물 안전 진단에 적합한 특징을 추출하기 위한 작업을 하는데 사용될 수 있다. 이는 convolution 연산과 max pooling을 통해 이루어지며, convolution 연산은 입력된 데이터의 국소적인 부분에서 연산을 통해 필요한 특징을 추출하는 과정이다. 또한 Max pooling 연산은 데이터의 차원을 축소하며 동시에 필요한 특징만을 남겨놓는 과정으로 이후에 진행될 LSTM및 어텐션 레이어의 계산 복잡도를 낮추는 역할을 한다.For example, the CNN layer can be used to analyze the input spectrogram and work to extract features more suitable for structural safety diagnosis. This is done through convolution operation and max pooling, and the convolution operation is a process of extracting necessary features through operation from a local part of the input data. In addition, the Max pooling operation reduces the dimension of the data while leaving only the necessary features, and plays a role in lowering the computational complexity of the LSTM and attention layer that will be performed later.

LSTM 레이어에서 LSTM은 Recurrent Neural Network(RNN) 아키텍처의 한 종류로, 일반적으로 RNN을 지칭할 경우, LSTM 구조로 이루어져 있을 정도로 많이 사용되는 구조이다.In the LSTM layer, LSTM is a type of Recurrent Neural Network (RNN) architecture, and in general, when referring to RNN, it is a structure that is used so much that it consists of an LSTM structure.

CLA 모델에서는 CNN 레이어를 통해 얻어진 특징벡터에서 시간적 정보를 얻는데 사용된다. 이는 RNN이 가지는 시퀀스 정보 처리 능력을 사용하여 장거리의 정보를 처리하여야 알 수 있는 태양광 발전 구조물의 안전 진단시 설정된 위험 수준을 초과하는 이상 상태를 판별하기 위해서이다.In the CLA model, it is used to obtain temporal information from the feature vectors obtained through the CNN layer. This is to determine an abnormal state exceeding the set risk level during safety diagnosis of a photovoltaic structure that can be known only by processing long-distance information using the sequence information processing capability of the RNN.

또한 어텐션 레이어는 어텐션 메커니즘을 활용하여 만들어진 레이어로 CNN및 LSTM을 통하여 얻어진 정보 벡터에서 최종적인 판단을 하기 위한 컨텍스트 벡터를 만드는 용도로 사용된다.In addition, the attention layer is a layer made by utilizing the attention mechanism and is used to create a context vector for making a final judgment from the information vector obtained through CNN and LSTM.

어텐션 메커니즘의 입력은 LSTM레이어의 출력 H=h1, h2, h3, …, hT, hi=(p1, p2, …, pC)이며 웨이트 파라메터 q=(q1, q2, q3, …, qC)를 사용하여 원하는 출력(안전 진단 결과값)을 계산할 수 있다. 이와 같은 안전 진단 결과로 태양광 발전 구조물의 안정적인 상태 여부, 잔존 수명이나 보수 보강 시기 등을 판단하고, 구조물 안정 상태에 따라 직접적인 경사각 제어에 활용하는데 이용될 수 있다.The input of the attention mechanism is the output of the LSTM layer H=h 1 , h 2 , h 3 , … , hT, hi=(p 1 , p 2 , …, p C ) and the weight parameter q=(q 1 , q 2 , q 3 , …, q C ) to calculate the desired output (safety diagnosis result). can As a result of such a safety diagnosis, it can be used to determine whether the solar power structure is in a stable state, the remaining life span, or the maintenance and reinforcement period, and to directly control the inclination angle according to the stability of the structure.

통계학습부(540)는 수집부(510)로부터 수집되는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보, 예측부(520)의 예측결과, 제어기(320)의 제어정보, 구조물 안전 진단 결과에 대한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터양이 증가할수록 빅데이터를 활용하여 센싱/제어이력, 예측/진단 결과 리스트, 이벤트, 관리 내역 등에 대한 포괄적인 통계자료를 생성할 수 있다.The statistical learning unit 540 receives the sensing information collected from the collecting unit 510, the inclination information, the thermal image information, the prediction result of the prediction unit 520, the control information of the controller 320, and data on the structure safety diagnosis result. As the amount of collected data increases, it is possible to use big data to generate comprehensive statistical data on sensing/control history, prediction/diagnosis result list, event, and management history.

특히 통계학습부(540)는 통계자료를 모니터링 자료로 활용하도록 모니터링 프로그램을 통하여 수집된 정보를 체계적으로 보여줄 수 있으며, 예를 들어 도 6 내지 도 8과 같은 화면을 제공할 수 있다. In particular, the statistics learning unit 540 may systematically show information collected through a monitoring program to utilize statistical data as monitoring data, and may provide, for example, a screen as shown in FIGS. 6 to 8 .

도 6은 태양광 발전 현황을 보여주는 프로그램 화면으로, 일/월 발전량, 누적 발전량, 태양광 발전전력, 탄소절감량, 소비전력 등이 표시되고, 데이터 수집시 체계적인 관리 및 설정을 위한 관리자의 설정 인터페이스를 제공할 수 있다.6 is a program screen showing the current status of photovoltaic power generation, and daily/monthly power generation, cumulative power generation, solar power generation power, carbon reduction, power consumption, etc. are displayed, and an administrator's setting interface for systematic management and setting when collecting data. can provide

도 7은 관리자 인터페이스 설정시 화면을 예시적으로 보여주고 있으며, 이를 통해 통신 시리얼 포트 설정, 서버 주소, 포트 할당, 인버터(330) 설정, 센서 설정, 태양광 스트링(200) 설정, 디바이스(태양광 발전 시설 기기들) ID 확인 및 선택, 디바이스 리스트, 발전소 설치 장소, 발전소 ID, 발전소 용량 등에 대해 관리자 권한으로 설정될 수 있다. 7 exemplarily shows a screen when setting the administrator interface, through which communication serial port setting, server address, port assignment, inverter 330 setting, sensor setting, solar string 200 setting, device (solar light) Power plant devices) ID confirmation and selection, device list, power plant installation location, power plant ID, power plant capacity, etc. may be set with administrator authority.

또한 도 8은 태양광 발전 효율을 위한 일사량 정보, 온도 정보, 구조물 상태를 파악할 수 있는 기울기에 대한 경사정보, CO2농도가 표시됨을 보여주고 있으며, 추가로 열화상 카메라(310)의 영상정보가 제공될 수도 있다.In addition, FIG. 8 shows that insolation information for photovoltaic power generation efficiency, temperature information, inclination information for a slope that can determine the structure state, and CO2 concentration are displayed, and additionally, image information of the thermal imaging camera 310 is provided. could be

나아가 통계학습부(540)는 빅데이터 형태로 수집된 통계자료를 바탕으로 미리 생성한 별도의 예측 모델을 이용하여 학습을 수행하고, 학습 결과로 예측되는 미래에 접속반(300) 상태 및 구조물의 수명 상태, 연결된 센서(100) 및 제어기(320)의 상태에 따른 유지 보수 관리를 위한 미래 예측 상태에 대한 예측 결과를 산출할 수 있으며, 데이터양이 증가할수록 학습에 대한 예측 결과의 정확도가 향상될 수 있다. Furthermore, the statistical learning unit 540 performs learning using a separate prediction model generated in advance based on the statistical data collected in the form of big data, and predicts the state and structure of the connection panel 300 in the future predicted as a result of the learning. It is possible to calculate the prediction result for the future prediction state for maintenance management according to the life state, the state of the connected sensor 100 and the controller 320, and the accuracy of the prediction result for learning will improve as the amount of data increases. can

또한 예측 결과에 대한 자료를 관리자가 소지한 관리단말(600)에 제공하여, 앞으로 미래 예측되는 상태에 따라 구조물의 수명 등을 파악하고, 유지 보수 관리에 활용할 수 있다.In addition, by providing the data on the prediction result to the management terminal 600 possessed by the manager, it is possible to grasp the lifespan of the structure according to the future predicted state, and use it for maintenance management.

평가진화부(550)는 상술한 예측 모델의 예측 결과와 진단 모델의 구조물 안전 진단 결과를 토대로 예측 검증을 위해 미리 생성한 평가 모델을 활용하여 예측 결과 및 진단 결과의 예측정확도를 산출하고, 예측정확도에 따른 예측 오차에 대해 민감하도록 학습을 수행하여 예측 모델의 가중치나 변수를 조정할 수 있도록 함으로써, 예측 모델 및 진단 모델의 업그레이드를 수행할 수 있으며, 반복된 학습을 거듭할수록 예측 모델 업그레이드가 지속적으로 이루어져 적응(Adaptation)해 나갈 수 있으며 이를 통해 궁극적으로 예측 결과가 없더라도 예측 모델의 가중치나 변수를 스스로 조정하고 보정할 수 있도록 하는 자가 진화(self-evolution)를 이룰 수도 있다.The evaluation evolution unit 550 calculates the prediction accuracy of the prediction result and the diagnosis result by using the evaluation model generated in advance for prediction verification based on the prediction result of the above-described prediction model and the structural safety diagnosis result of the diagnosis model, and the prediction accuracy By performing training to be sensitive to the prediction error according to It can adapt and ultimately achieve self-evolution that allows the weights or variables of the prediction model to be adjusted and corrected by itself even if there is no prediction result.

구체적으로는, 예측 모델 및 진단 모델의 수행결과 예측값들이 일정한 패턴을 나타내면, 패턴에 따라 해당 모델의 변수를 조정하여 업그레이드가 지속적으로 이루어지는 적응 단계를 거치게 되고, 적응 단계를 거친 해당 모델들은 인공지능 알고리즘에 의해 궁극적으로 스스로 자가 진화가 가능해진다.Specifically, when the prediction values of the prediction model and the diagnostic model show a certain pattern, the model goes through an adaptation step in which the upgrade is continuously performed by adjusting the variables of the corresponding model according to the pattern, and the corresponding models that have undergone the adaptation step are artificial intelligence algorithms. Ultimately, self-evolution is possible.

여기서 예측 모델, 진단 모델 및 평가 모델은 인공신경망(Artificial Neural Network), RBF(Radial Basis Function) 신경망, SVM 알고리즘 등을 기반으로 한 예측 모델 및 평가 모델일 수 있다.Here, the predictive model, the diagnostic model, and the evaluation model may be a predictive model and an evaluation model based on an artificial neural network, a radial basis function (RBF) neural network, an SVM algorithm, and the like.

또한 센싱정보, 예측 결과, 진단 결과 및 예측 모델과 진단 모델의 평가정보는 빅데이터화되고, 빅데이터는 주기적으로 갱신되기 때문에, 빅데이터를 이용하여 예측 모델 및 진단 모델뿐만 아니라, 이들 모델을 평가하기 위한 평가 모델을 주기적으로 업그레이드하여 빅데이터의 변화된 패턴에 따라 적응(Adaptation)할 수 있게 함으로써, 해당 모델의 신뢰성을 보장할 수 있게 할 수 있다. In addition, since sensing information, prediction results, diagnosis results, and evaluation information of predictive models and diagnostic models become big data, and big data is periodically updated, it is necessary to evaluate these models as well as predictive models and diagnostic models using big data. By periodically upgrading the evaluation model for big data to be able to adapt according to the changed pattern of big data, it is possible to ensure the reliability of the model.

즉, 예측값들이 일정한 패턴을 나타내면, 패턴에 따라 해당 모델의 변수를 조정하여 업그레이드가 지속적으로 이루어지는 적응 단계를 거치게 된다. 또한, 적응 단계를 거친 해당 모델들은 인공지능 알고리즘에 의해 궁극적으로 스스로 자가 진화(self-evolution)가 가능해진다.That is, if the predicted values show a certain pattern, the model undergoes an adaptation step in which the upgrade is continuously performed by adjusting the variables of the corresponding model according to the pattern. In addition, the models that have undergone the adaptation stage are ultimately able to self-evolution by the artificial intelligence algorithm.

따라서, 평가진화부(550)는 예측 모델 및 진단 모델 평가를 수행한 평가 모델에 대해서 재평가한 재평가정보를 제공받고, 제공받은 재평가정보로 평가 모델의 문제점을 신경망 학습 알고리즘 기반으로 학습하고 적응하여, 상술한 평가 모델의 업그레이드를 수행할 수도 있다.Therefore, the evaluation evolution unit 550 receives the re-evaluation information re-evaluated for the evaluation model that has performed the evaluation of the predictive model and the diagnostic model, and learns and adapts the problems of the evaluation model with the received re-evaluation information based on the neural network learning algorithm, The above-described evaluation model may be upgraded.

데이터베이스(560)는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보, 센싱 오차 예측 결과, 구조물 안전 진단 결과 등에 대하여 분류하여 카테고리별로 세분화된 복수의 데이터베이스(560)를 통하여 체계적으로 저장되어 관리되고, 요청시 제공될 수 있다.The database 560 classifies sensing information, inclination information, thermal image information, sensing error prediction result, structure safety diagnosis result, etc., and is systematically stored and managed through a plurality of databases 560 subdivided by category, and provided upon request. can be

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법의 순서도이다.3 is a flowchart of a photovoltaic power generation method to which a sensor-based safety diagnosis technology is applied according to an embodiment of the present invention.

복수의 센서(100)로부터 센싱정보를 수집하는 접속반(300)과 통신망으로 연결되어 센싱정보를 전송받아 태양광 발전 상태를 모니터링하는 관리서버(500)를 이용한 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법은, 접속반(300)이 전압, 전류, 일사량, 온도, 습도, 대기정보(산소, CO2), 풍속정보, 풍향정보, 태양광 발전 구조물의 경사각에 대한 경사정보를 포함한 상기 센싱정보를 수집한다(S401).Photovoltaic applied with sensor-based safety diagnosis technology using a management server 500 that is connected to a connection panel 300 that collects sensing information from a plurality of sensors 100 and a communication network to receive sensing information and monitor the state of photovoltaic power generation In the power generation method, the connection panel 300 receives the sensing information including voltage, current, insolation, temperature, humidity, atmospheric information (oxygen, CO2), wind speed information, wind direction information, and inclination information for the inclination angle of the solar power generation structure. Collect (S401).

접속반(300)은 열화상 카메라(310)로부터 태양광 발전 구조물 표면을 촬영한 열화상 정보를 수집한다(S402).The connection panel 300 collects thermal image information obtained by photographing the surface of the photovoltaic power generation structure from the thermal imaging camera 310 (S402).

또한, 접속반(300)은 수집된 센싱정보, 경사정보 및 열화상정보를 상기 관리서버(500)로 전송한다(S403).In addition, the connection panel 300 transmits the collected sensing information, inclination information, and thermal image information to the management server 500 (S403).

이후 관리서버(500)는 수집된 센싱정보들 각각의 해당 센싱값들이 기준이 되는 허용오차 범위 내에서 작동하는지 비교함으로써, 센싱 오차가 허용오차 범위 내에 있는지 판단하고, 센서(100)가 정상 작동하는지 유무를 판단한다(S404).Thereafter, the management server 500 determines whether the sensing error is within the tolerance range by comparing whether the corresponding sensing values of each of the collected sensing information operate within the tolerance range as a reference, and whether the sensor 100 operates normally. It is determined whether there is (S404).

또한 관리서버(500)는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 입력변수로 한 신경망 알고리즘 학습을 위한 진단 모델을 기반으로 하여, 구조물 안전 상태를 예측하여 안전 진단 결과를 산출할 수 있다(S405).In addition, the management server 500 may calculate the safety diagnosis result by predicting the safety state of the structure based on the diagnosis model for learning the neural network algorithm using sensing information, inclination information, and thermal image information as input variables (S405) .

또한 관리서버(500)는 구조물 안전 진단 결과를 미리 설정된 진단 기준을 토대로 산출하고, 안전 진단 결과를 이용하여 구조물의 경사각 또는 열화상정보에 의한 열적 변형 상태값이 진단 기준 범위에서 벗어나면, 해당 진단 기준 범위를 벗어난 경사각을 보정하도록 제어할 수 있다(S406).In addition, the management server 500 calculates a structure safety diagnosis result based on a preset diagnosis standard, and using the safety diagnosis result, when the inclination angle of the structure or the thermal deformation state value due to thermal image information is out of the diagnosis criterion range, the corresponding diagnosis It is possible to control to correct the inclination angle out of the reference range (S406).

또한 관리서버(500)는 구조물 진단 결과를 이용하여 진단 모델을 평가하는 평가 모델을 이용하여 평가정보를 생성하고, 평가정보를 이용하여 진단 모델을 업그레이드할 수도 있다(S407).Also, the management server 500 may generate evaluation information using an evaluation model that evaluates a diagnosis model using the structure diagnosis result, and upgrade the diagnosis model using the evaluation information (S407).

본 명세서에서 사용되는 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 통신망을 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. As used herein, a 'terminal' may be a wireless communication device with guaranteed portability and mobility, for example, any type of handheld-based wireless communication device such as a smartphone, tablet PC, or notebook computer. have. In addition, the 'terminal' may be a wired communication device such as a PC that can be connected to another terminal or server through a communication network.

또한, 유무선통신망(400)은 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. In addition, the wired/wireless communication network 400 means a connection structure capable of exchanging information between each node, such as terminals and servers, and includes a local area network (LAN), a wide area network (WAN). , the Internet (WWW: World Wide Web), wired and wireless data networks, telephone networks, wired and wireless television networks, and the like.

무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.Examples of wireless data communication networks include 3G, 4G, 5G, 3rd Generation Partnership Project (3GPP), Long Term Evolution (LTE), World Interoperability for Microwave Access (WIMAX), Wi-Fi, Bluetooth communication, infrared communication, ultrasound Communication, Visible Light Communication (VLC), LiFi, etc. are included, but are not limited thereto.

100 ; 센서
200 ; 태양광 스트링
300 ; 접속반
310 ; 열화상 카메라
320 ; 제어기
330 ; 인버터
340 ; 전력계통
400 ; 유무선통신망
500 ; 관리서버
510 ; 수집부
520 ; 예측부
530 ; 안전진단부
540 ; 통계학습부
550 ; 평가진화부
560 ; 데이터베이스
600 ; 관리단말
100 ; sensor
200 ; solar string
300 ; junction panel
310; Thermal imaging camera
320 ; controller
330; inverter
340; power system
400 ; wired and wireless communication network
500 ; management server
510; collector
520 ; predictor
530; Safety Diagnosis Department
540 ; Department of Statistics
550 ; Evaluation and Evolution Department
560; database
600 ; management terminal

Claims (10)

태양광 발전 상태 및 발전 구조물 상태를 파악하기 위한 태양광 스트링의 전압, 전류, 일사량, 온도, 습도, 대기 정보, 경사정보, 풍속/풍향정보를 포함한 센싱정보를 수집하기 위한 복수의 센서;
태양광 발전 구조물 표면을 촬영한 열화상 정보를 획득하는 열화상 카메라;
상기 복수의 센서로부터 센싱정보를 제공받아 관리서버에 제공하며, 태양광 발전 구조물의 경사각에 대한 상기 경사정보를 이용하여 구조물 안전 진단을 수행하고, 관리서버의 구조물 안전 진단 결과를 제공받아 제어기를 이용하여 태양광 발전 구조물의 경사각 제어를 수행하는 접속반;
태양광 발전 상태를 파악하기 위해 상기 센서로부터 수집된 전압, 전류를 기초로 기간별 발전량, 누적 발전량, 발전소 장소별 발전량, 소비 전력을 산출하여 모니터링 화면을 통하여 확인하며, 상기 접속반을 통하여 수집된 경사정보를 이용하여 태양광 발전 구조물의 안전 진단을 수행함과 아울러, 열화상 카메라로부터 열화상 정보를 전송받아, 태양광 발전 구조물 표면의 온도차로부터 구조물의 성질 및 내부 상황을 열적 상태를 통하여 파악하여 구조물 안전 진단 결과를 산출하는 관리서버를 포함하며,
상기 관리서버는
상기 센싱정보 및 열화상정보를 전송받는 수집부;
상기 센싱정보를 입력변수로 한 신경망 알고리즘을 이용한 예측 모델을 기반으로 센서의 오차나 오작동 등에 대한 예측 모델을 생성할 수 있으며, 예측 모델의 예측 결과를 이용하여 센서의 허용 오차 범위를 판단하고, 허용 오차 범위 내에서 센서의 정상 작동 유무를 판단하는 예측부;
신경망 알고리즘을 이용한 진단 모델을 기반으로 상기 수집부로부터 수집된 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 입력변수로 하여, 구조물 안전 상태를 예측하여 진단하는 안전진단부;
상기 수집부로부터 수집되는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보, 예측부의 예측결과, 제어기의 제어정보, 구조물 안전 진단 결과에 대한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 활용하여 센싱/제어이력, 예측/진단 결과 리스트, 이벤트, 관리 내역에 대한 통계자료를 생성하는 통계학습부를 더 포함하고,
상기 안전진단부는
구조물 안전 상태에 대한 진단 결과를 산출하기 위해 구조물의 현재 상태를 하나 이상의 신경망 알고리즘을 이용하여 예측할 수 있도록 하되,
서포트 벡터 머신(Support Vector Machine : SVM) 알고리즘을 활용하여 경사센서로부터 획득되는 가속도값의 변위에 따라 패턴정보를 생성하고, 신경망의 특성 및 가속도값을 매개변수로 하여 패턴을 분류할 수 있으며, 분류된 패턴을 기반으로 하여 생성된 패턴정보의 패턴이 유사한 상황에 대하여 태양광 발전 구조물에 영향을 끼치는 환경요인인 바람, 지진, 온도, 습도의 영향으로 인한 구조물의 기울어짐, 변형, 뒤틀림, 구조물의 파손 또는 외부 충격의 정도를 판단하여 안전 진단 결과를 산출할 수 있으며,
상기 경사정보, 열화상정보 및 풍향/풍속에 대한 센싱정보의 특징 데이터를 이용하며, CNN, LSTM RNN(Long Short Term Memory RNN), 어텐션 알고리즘(Attention mechanism)을 조합한 CLA 모델을 통해 구조물 안전 진단을 위한 심층학습을 수행하도록 하되,
상기 CLA 모델은 경사정보 및 열화상정보의 특징 추출 과정에서 CNN 레이어(layer)로 스펙트럼의 공간적(spatial)인 특성을 추출하고, LSTM레이어로 시간적(temporal)인 정보를 추출한 후 Attention 레이어로 지역적인 특성을 집중하여 정보를 수집하고,
어텐션 메커니즘의 LSTM레이어의 출력과, 웨이트 파라메터를 사용하여 원하는 출력인 안전 진단 결과값을 계산할 수 있으며, 안전 진단 결과로 태양광 발전 구조물의 안정적인 상태 여부, 잔존 수명이나 보수 보강 시기를 판단하고, 구조물 안정 상태에 따라 경사각 제어에 활용할 수 있는 것을 특징으로 하는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템.
a plurality of sensors for collecting sensing information including voltage, current, insolation, temperature, humidity, atmospheric information, inclination information, and wind speed/direction information of the solar string for determining the state of photovoltaic power generation and the state of the power generation structure;
a thermal imaging camera that acquires thermal image information photographing the surface of a photovoltaic power generation structure;
It receives sensing information from the plurality of sensors and provides it to the management server, performs structural safety diagnosis using the inclination information on the inclination angle of the photovoltaic structure, and receives the structure safety diagnosis result from the management server and uses the controller a connection panel to control the inclination angle of the photovoltaic structure;
Based on the voltage and current collected from the sensor to determine the photovoltaic power generation state, the generation amount by period, cumulative generation amount, generation amount by power plant location, and power consumption are calculated and checked through the monitoring screen, and the slope collected through the connection panel Safety diagnosis of photovoltaic structures is performed using the information, and thermal image information is transmitted from the thermal imaging camera, and the properties and internal conditions of structures are identified through thermal conditions from the temperature difference on the surface of the photovoltaic structure to ensure structural safety. Includes a management server that calculates diagnostic results,
The management server
a collection unit receiving the sensing information and the thermal image information;
Based on a prediction model using a neural network algorithm using the sensing information as an input variable, a prediction model for error or malfunction of the sensor can be generated, and the tolerance range of the sensor is determined using the prediction result of the prediction model, and allowed a prediction unit that determines whether the sensor operates normally within an error range;
a safety diagnosis unit for predicting and diagnosing a structural safety state by using the sensing information, slope information, and thermal image information collected from the collection unit as input variables based on a diagnosis model using a neural network algorithm;
Sensing information collected from the collecting unit, inclination information, thermal image information, prediction result of the prediction unit, control information of the controller, and data on structure safety diagnosis result are collected, and sensing/control history, prediction/ It further includes a statistics learning unit that generates statistical data on the diagnosis result list, event, and management history,
The safety diagnosis unit
To predict the current state of the structure using one or more neural network algorithms to produce a diagnostic result for the safety state of the structure,
Using the Support Vector Machine (SVM) algorithm, pattern information is generated according to the displacement of the acceleration value obtained from the inclination sensor, and the pattern can be classified using the characteristics and acceleration values of the neural network as parameters. The inclination, deformation, distortion of the structure due to the influence of wind, earthquake, temperature, and humidity, which are environmental factors that affect the photovoltaic structure for a situation where the pattern of the pattern information generated based on the generated pattern is similar It is possible to calculate the safety diagnosis result by judging the degree of damage or external impact.
Using the characteristic data of the sensing information for the slope information, thermal image information, and wind direction/wind speed, structure safety diagnosis is made through the CLA model that combines CNN, LSTM RNN (Long Short Term Memory RNN), and Attention mechanism. to perform deep learning for
The CLA model extracts the spatial characteristics of the spectrum with the CNN layer during the feature extraction process of the gradient information and the thermal image information, and extracts the temporal information with the LSTM layer. collect information by focusing on characteristics,
The safety diagnosis result value, which is the desired output, can be calculated using the output of the LSTM layer of the attention mechanism and the weight parameter. A solar power generation system with sensor-based safety diagnosis technology that can be used to control the angle of inclination according to the stable state.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 관리서버의 구조물 안전 진단은 미리 설정된 진단 기준을 토대로 이루어지며, 안전 진단 결과로서 구조물의 경사각 또는 열화상정보에 의한 열적 변형 상태값이 진단 기준 범위에서 벗어나면, 해당 진단 기준 범위를 벗어난 경사각을 보정하도록 상기 접속반을 통하여 제어기에 재전송되어 구조물이 안정적으로 지지되는 경사각을 갖도록 보정하는 것을 특징으로 하는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템.
According to claim 1,
The structural safety diagnosis of the management server is made based on preset diagnostic criteria. A photovoltaic power generation system to which sensor-based safety diagnosis technology is applied, characterized in that it is retransmitted to the controller through the connection panel to correct and corrects the structure to have an inclination angle at which it is stably supported.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 관리서버는
예측 모델의 예측 결과를 토대로 예측 검증을 위해 미리 생성한 평가 모델을 활용하여 예측 결과의 예측정확도를 산출하고, 예측정확도에 따른 예측 오차에 대해 민감하도록 학습을 수행하여 예측 모델의 가중치나 변수를 조정할 수 있도록 함으로써, 예측 모델의 업그레이드를 수행하는 평가진화부
를 더 포함하는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 시스템.
According to claim 1,
The management server
Based on the prediction results of the prediction model, the prediction accuracy of the prediction results is calculated using the evaluation model created in advance for prediction verification, and the weights or variables of the prediction model are adjusted by learning to be sensitive to the prediction error according to the prediction accuracy. By making it possible, the evaluation evolution unit that performs the upgrade of the predictive model
A solar power generation system with sensor-based safety diagnosis technology that further includes.
복수의 센서로부터 센싱정보를 수집하는 접속반과 통신망으로 연결되어 센싱정보를 전송받아 태양광 발전 상태를 모니터링하는 관리서버를 이용한 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법에 있어서,
상기 접속반은 전압, 전류, 일사량, 온도, 습도, 대기정보(산소, CO2), 풍속정보, 풍향정보, 태양광 발전 구조물의 경사각에 대한 경사정보를 포함한 상기 센싱정보를 수집하는 단계;
상기 접속반은 열화상 카메라로부터 태양광 발전 구조물 표면을 촬영한 열화상 정보를 수집하는 단계;
상기 접속반은 수집된 센싱정보, 경사정보 및 열화상정보를 상기 관리서버로 전송하는 단계:
상기 관리서버는 수집된 센싱정보들 각각의 해당 센싱값들이 기준이 되는 허용오차 범위 내에서 작동하는지 비교함으로써, 센싱 오차가 허용오차 범위 내에 있는지 판단하고, 센서가 정상 작동하는지 유무를 판단하는 단계;
상기 관리서버는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 입력변수로 한 신경망 알고리즘 학습을 위한 진단 모델을 기반으로 하여, 구조물 안전 상태를 예측하여 안전 진단 결과를 산출하되 태양광 발전 구조물 표면의 온도차로부터 구조물의 성질 및 내부 상황을 열적 상태를 통하여 파악하여 구조물 안전 진단 결과를 산출하는 단계를 포함하며,
상기 관리서버는
상기 센싱정보 및 열화상 정보를 전송받는 수집부;
상기 센싱정보를 입력변수로 한 신경망 알고리즘을 이용한 예측 모델을 기반으로 센서의 오차나 오작동에 대한 예측 모델을 생성할 수 있으며, 상기 예측 모델의 예측 결과를 이용하여 센서의 허용 오차 범위를 판단하고, 허용 오차 범위 내에서 센서의 정상 작동 유무를 판단하는 예측부;
상기 신경망 알고리즘을 이용한 진단 모델을 기반으로 상기 수집부로부터 수집된 센싱정보, 경사정보, 열화상정보를 입력변수로 하여, 구조물 안전 상태를 예측하여 진단하는 안전진단부;
상기 수집부로부터 수집되는 센싱정보, 경사정보, 열화상정보, 예측부의 예측결과, 제어기의 제어정보, 구조물 안전 진단 결과에 대한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 활용하여 센싱/제어이력, 예측/진단 결과 리스트, 이벤트, 관리 내역에 대한 통계자료를 생성하는 통계학습부를 더 포함하고,
상기 안전진단부는
구조물 안전 상태에 대한 진단 결과를 산출하기 위해 구조물의 현재 상태를 하나 이상의 신경망 알고리즘을 이용하여 예측할 수 있도록 하되,
서포트 벡터 머신(Support Vector Machine : SVM) 알고리즘을 활용하여 경사센서로부터 획득되는 가속도값의 변위에 따라 패턴정보를 생성하고, 신경망의 특성 및 가속도값을 매개변수로 하여 패턴을 분류할 수 있으며, 분류된 패턴을 기반으로 하여 생성된 패턴정보의 패턴이 유사한 상황에 대하여 태양광 발전 구조물에 영향을 끼치는 환경요인인 바람, 지진, 온도, 습도의 영향으로 인한 구조물의 기울어짐, 변형, 뒤틀림, 구조물의 파손 또는 외부 충격의 정도를 판단하여 안전 진단 결과를 산출할 수 있으며,
상기 경사정보, 열화상정보 및 풍향/풍속에 대한 센싱정보의 특징 데이터를 이용하며, CNN, LSTM RNN(Long Short Term Memory RNN), 어텐션 알고리즘(Attention mechanism)을 조합한 CLA 모델을 통해 구조물 안전 진단을 위한 심층학습을 수행하도록 하되,
상기 CLA 모델은 경사정보 및 열화상정보의 특징 추출 과정에서 CNN 레이어(layer)로 스펙트럼의 공간적(spatial)인 특성을 추출하고, LSTM레이어로 시간적(temporal)인 정보를 추출한 후 Attention 레이어로 지역적인 특성을 집중하여 정보를 수집하고,
어텐션 메커니즘의 LSTM레이어의 출력과, 웨이트 파라메터를 사용하여 원하는 출력인 안전 진단 결과값을 계산할 수 있으며, 안전 진단 결과로 태양광 발전 구조물의 안정적인 상태 여부, 잔존 수명이나 보수 보강 시기를 판단하고, 구조물 안정 상태에 따라 경사각 제어에 활용할 수 있는 것을 특징으로 하는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법.
In the photovoltaic power generation method to which a sensor-based safety diagnosis technology is applied using a management server that is connected to a connection panel that collects sensing information from a plurality of sensors and a communication network and receives sensing information to monitor the state of photovoltaic power generation,
The connection panel collects the sensing information including voltage, current, insolation, temperature, humidity, atmospheric information (oxygen, CO2), wind speed information, wind direction information, and inclination information on the inclination angle of the photovoltaic structure;
The connecting panel may include: collecting thermal image information obtained by photographing the surface of a photovoltaic structure from a thermal imaging camera;
Transmitting, by the connection panel, the collected sensing information, inclination information, and thermal image information to the management server:
The management server determines whether the sensing error is within the tolerance range by comparing whether the respective sensing values of the collected sensing information operate within the tolerance range as a reference, and determining whether the sensor operates normally;
The management server is based on a diagnostic model for learning a neural network algorithm using sensing information, inclination information, and thermal image information as input variables, predicts the safety state of the structure and calculates a safety diagnosis result from the temperature difference on the surface of the photovoltaic structure. Comprising the step of calculating the structural safety diagnosis result by grasping the properties and internal conditions of the structure through the thermal state,
The management server
a collecting unit receiving the sensing information and the thermal image information;
A prediction model for error or malfunction of a sensor can be generated based on a prediction model using a neural network algorithm using the sensing information as an input variable, and the tolerance range of the sensor is determined using the prediction result of the prediction model, a prediction unit that determines whether the sensor operates normally within an allowable error range;
a safety diagnosis unit for predicting and diagnosing a structural safety state using the sensing information, inclination information, and thermal image information collected from the collection unit as input variables based on the diagnosis model using the neural network algorithm;
Sensing information collected from the collecting unit, inclination information, thermal image information, prediction result of the prediction unit, control information of the controller, and data on structure safety diagnosis result are collected, and sensing/control history, prediction/ It further includes a statistics learning unit that generates statistical data on the diagnosis result list, event, and management history,
The safety diagnosis unit
To predict the current state of the structure using one or more neural network algorithms to produce a diagnostic result for the safety state of the structure,
Using the Support Vector Machine (SVM) algorithm, pattern information is generated according to the displacement of the acceleration value obtained from the inclination sensor, and the pattern can be classified using the characteristics and acceleration values of the neural network as parameters. The inclination, deformation, distortion of the structure due to the influence of wind, earthquake, temperature, and humidity, which are environmental factors that affect the photovoltaic structure for a situation where the pattern of the pattern information generated based on the generated pattern is similar It is possible to calculate the safety diagnosis result by judging the degree of damage or external impact.
Using the characteristic data of the sensing information for the slope information, thermal image information, and wind direction/wind speed, structure safety diagnosis is made through the CLA model that combines CNN, LSTM RNN (Long Short Term Memory RNN), and Attention mechanism. to perform deep learning for
The CLA model extracts the spatial characteristics of the spectrum with the CNN layer during the feature extraction process of the gradient information and the thermal image information, and extracts the temporal information with the LSTM layer. collect information by focusing on characteristics,
The safety diagnosis result value, which is the desired output, can be calculated using the output of the LSTM layer of the attention mechanism and the weight parameter. Photovoltaic power generation method with sensor-based safety diagnosis technology, characterized in that it can be used to control the inclination angle according to the stable state.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 관리서버는 구조물 안전 진단 결과를 미리 설정된 진단 기준을 토대로 산출하고, 안전 진단 결과를 이용하여 구조물의 경사각 또는 열화상정보에 의한 열적 변형 상태값이 진단 기준 범위에서 벗어나면, 해당 진단 기준 범위를 벗어난 경사각을 보정하도록 제어하는 단계;
를 더 포함하는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법.
7. The method of claim 6,
The management server calculates the structure safety diagnosis result based on a preset diagnosis standard, and when the inclination angle of the structure or the thermal deformation state value due to thermal image information is out of the diagnosis criterion range using the safety diagnosis result, the corresponding diagnosis criterion range is determined. controlling the deviated inclination angle to be corrected;
A photovoltaic power generation method using sensor-based safety diagnosis technology that further includes.
제6항에 있어서,
상기 관리서버는 구조물 진단 결과를 이용하여 진단 모델을 평가하는 평가 모델을 이용하여 평가정보를 생성하고, 평가정보를 이용하여 진단 모델을 업그레이드하는 단계;
를 더 포함하는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법.
7. The method of claim 6,
generating, by the management server, evaluation information using an evaluation model that evaluates a diagnosis model using a structure diagnosis result, and upgrading the diagnosis model using the evaluation information;
A photovoltaic power generation method using sensor-based safety diagnosis technology that further includes.
제9항에 있어서,
상기 관리서버는
상기 평가정보를 토대로 평가 모델을 활용하여 진단 결과의 예측정확도를 산출하고, 예측정확도에 따른 예측 오차에 대해 민감하도록 학습을 수행하여 진단 모델의 가중치나 변수를 조정할 수 있도록 업그레이드하는 것을 특징으로 하는 센서 기반 안전 진단 기술을 적용한 태양광 발전 방법.
10. The method of claim 9,
The management server
A sensor, characterized in that it is upgraded to adjust the weights or variables of the diagnostic model by calculating the prediction accuracy of the diagnosis result by using the evaluation model based on the evaluation information, and performing learning to be sensitive to the prediction error according to the prediction accuracy Photovoltaic power generation method applied with based safety diagnosis technology.
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