KR102427294B1 - Apparatus for predicting demand for solar power based on weather forecasting and method therefor - Google Patents
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Abstract
일기 예측 기반의 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 태양광발전기가 생산한 전력을 저장하는 에너지저장장치와, 상기 태양광발전기 및 상기 에너지저장장치 중 적어도 하나로부터 전력을 공급받는 로컬 부하를 포함한다. A device for forecasting demand for solar power generation based on weather forecasting is provided. The device includes an energy storage device for storing power generated by the photovoltaic generator, and a local load receiving power from at least one of the photovoltaic generator and the energy storage device.
Description
본 발명은 태양광 발전에 대한 수요 예측 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일기 예측 기반의 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a demand forecasting technology for photovoltaic power generation, and more particularly, to an apparatus for predicting a demand for photovoltaic power generation based on weather forecasting and a method therefor.
에너지 저장은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 에너지를 저장하는 것을 말한다. 이에 쓰이는 장치를 축압기라고 하고, 더 넓은 범위의 시스템 전체를 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)이라고 한다. 일반 가정에서 사용하는 건전지나 전자제품에 사용하는 소형 배터리도 전기에너지를 다른 에너지 형태로 변환하여 저장할 수 있지만 이런 소규모 전력저장장치를 ESS라고 말하지는 않고, 일반적으로 수 kWh 이상의 전력을 저장하는 단독 시스템을 ESS라고 한다. ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 운영이 가능하며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하평준화(Load Leveling), 비상전원 등의 기능으로 사용된다. ESS는 전기에너지를 적게 사용할 때 저장하고 필요할 때 공급함으로써 에너지 이용효율 향상, 신재생에너지 활용도 제고 및 전력공급시스템 안정화에 기여할 수 있다. 이러한 ESS를 관리하기 위하여 EMS를 구비할 수 있다. EMS는 에너지효율 향상 목표를 설정하고 이를 달성하기 위해 관리체제를 일정한 절차 및 기법에 따라 체계적이고 지속적으로 추진하는 전사적 에너지관리 시스템을 말한다. Energy storage refers to the storage of energy using a device or a physical medium. The device used for this is called an accumulator, and the entire system in a wider range is called an Energy Storage System (ESS). Even small batteries used in households or small batteries used in electronic products can convert electrical energy into other energy types and store them, but such a small power storage device is not called an ESS. is called ESS. ESS can be installed and operated in the power system for power generation, transmission and distribution, and at consumers. used as a function. ESS can contribute to improving energy use efficiency, enhancing the utilization of new and renewable energy, and stabilizing the power supply system by storing electric energy when it is used less and supplying it when needed. An EMS may be provided to manage such an ESS. EMS refers to a company-wide energy management system that sets energy efficiency improvement goals and systematically and continuously promotes the management system according to certain procedures and techniques to achieve them.
본 발명의 목적은 일기 예측 기반의 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 장치 및 이를 위한 방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus for forecasting demand for solar power generation based on weather forecast and a method therefor.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일기 예측 기반의 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 장치는 복수의 마이크로그리드에 속한 복수의 센서장치와 통신을 위한 통신부와, 상기 통신부를 통해 상기 센서장치로부터 센서 데이터를 포함하는 리포트 메시지를 수신하면, 상기 리포트 메시지를 수신한 리포트 프레임 및 서브 리포트 프레임과, 상기 센서장치가 속한 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임 및 상기 센서장치에 할당된 서브 리포트 프레임이 동일한지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과, 상기 리포트 메시지를 수신한 리포트 프레임 및 서브 리포트 프레임과, 상기 센서장치가 속한 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임 및 상기 센서장치에 할당된 서브 리포트 프레임이 동일하면, 검증모델을 통해 상기 센서장치의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임 내에서 수신된 다른 센서 데이터를 비교하여 상기 센서 데이터의 무결성을 검증하는 검증부를 포함한다. A device for forecasting demand for solar power generation based on weather prediction according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes a communication unit for communication with a plurality of sensor devices belonging to a plurality of microgrids, and the When a report message including sensor data is received from the sensor device through the communication unit, a report frame and a sub report frame that have received the report message, a report frame assigned to the microgrid to which the sensor device belongs, and a report frame assigned to the sensor device It is checked whether the sub-report frames are the same, and as a result of the check, the report frame and the sub-report frame that have received the report message, the report frame assigned to the microgrid to which the sensor device belongs, and the sub-report frame assigned to the sensor device If the report frame is the same, the verification unit includes a verification unit for verifying the integrity of the sensor data by comparing the sensor data of the sensor device and other sensor data received in the same report frame through the verification model.
상기 장치는 복수의 마이크로그리드 각각에 대해 소정 주기로 반복되는 리포트 프레임을 할당하고, 상기 통신부를 통해 상기 복수의 마이크로그리드 중 어느 하나에 속한 어느 하나의 센서장치로부터 등록을 요청하는 등록요청메시지를 수신하면, 상기 센서장치에 대해 해당 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임 내에서 어느 하나의 서브 리포트 프레임을 할당하고, 상기 통신부를 통해 상기 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 지시자와 함께 등록응답 메시지를 상기 센서장치로 전송하는 등록부를 더 포함한다. The device allocates a report frame that is repeated at a predetermined period to each of the plurality of microgrids, and receives a registration request message requesting registration from any one sensor device belonging to any one of the plurality of microgrids through the communication unit. , allocates any one sub report frame within the report frame assigned to the corresponding microgrid to the sensor device, and transmits a registration response message together with an indicator indicating the assigned sub report frame to the sensor device through the communication unit It further includes a register that
상기 검증모델은 검증 대상 센서장치의 센서 데이터와, 검증 대상 센서장치의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임으로 수신된 다른 센서장치의 센서 데이터 각각으로부터 생성된 복수의 센서데이터벡터를 포함하는 입력벡터가 입력되면, 상기 입력벡터에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 검증 대상 센서 데이터가 무결성 인증에 성공할 확률과 실패할 확률을 나타내는 출력값을 산출하는 것을 특징으로 한다. When an input vector including a plurality of sensor data vectors generated from sensor data of the verification target sensor device and sensor data of another sensor device received in the same report frame as the sensor data of the verification target sensor device is input, the verification model is , It is characterized in that output values representing the probability that the sensor data to be verified will succeed in integrity authentication and the probability that it will fail are calculated through a plurality of operations in which the weights learned between a plurality of layers are applied to the input vector.
센서데이터벡터는 센서장치가 속한 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임을 나타내는 프레임벡터, 센서장치에 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 서브프레임벡터, 센서장치가 전력, 전류 및 온도를 측정한 시간을 나타내는 시간벡터 및 센서장치가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값을 나타내는 측정벡터를 포함하는 것을 특징으로 한다. The sensor data vector is a frame vector indicating a report frame allocated to the microgrid to which the sensor device belongs, a subframe vector indicating a sub report frame allocated to the sensor device, and a time vector indicating the time the sensor device measures power, current and temperature. and a measurement vector representing the measurement value measured by the sensor device for power, current, and temperature.
상기 장치는 학습용 입력벡터를 마련하고, 손실함수 에서 상기 을 0으로 설정한 후, 학습용 입력벡터에 대한 상기 검증모델의 출력값과 분류 레이블의 차이인 분류 손실이 최소가 되도록 상기 검증모델의 가중치를 수정하는 분류 손실 최적화를 수행하고, 상기 손실함수에서 상기 을 0.5로 설정한 후, 학습용 입력벡터에 대한 상기 검증모델의 출력값과 분류 레이블의 차이인 분류 손실과 상기 검증모델의 완전연결층의 연산노드값인 은닉벡터와 은닉 레이블과의 차이인 은닉 손실을 포함하는 복합 손실이 최소가 되도록 상기 검증모델의 가중치를 수정하는 복합 손실 최적화를 수행하는 학습부를 더 포함한다. The device prepares an input vector for learning, and a loss function above in is set to 0, and classification loss optimization is performed by correcting the weight of the verification model so that the classification loss, which is the difference between the output value of the verification model and the classification label with respect to the input vector for training, is minimized, and in the loss function, After setting to 0.5, the classification loss, which is the difference between the output value of the validation model and the classification label for the training input vector, and the hidden loss, which is the difference between the hidden vector and the hidden label, which are the computational node values of the fully connected layer of the validation model, The method further includes a learning unit that performs complex loss optimization that corrects the weight of the verification model so that the included complex loss is minimized.
여기서, 상기 Eintergrity는 손실함수이고, 상기 oi는 상기 검증모델의 출력층의 출력값이고, 상기 zi는 상기 출력값에 대응하는 분류 레이블이고, 상기 eij는 상기 검증모델의 완전연결층의 연산노드값인 상기 은닉벡터이고, 상기 hij는 상기 은닉벡터에 대응하는 은닉 레이블이고, 상기 i는 상기 검증모델의 출력층의 출력노드에 대응하는 인덱스이고, 상기 j는 상기 검증모델의 완전연결층의 연산노드에 대응하는 인덱스이고, 상기 는 하이퍼파라미터인 것을 특징으로 한다. Here, the Eintergrity is a loss function, the oi is the output value of the output layer of the verification model, the zi is the classification label corresponding to the output value, and the eij is the operation node value of the fully connected layer of the verification model. a vector, wherein hij is a hidden label corresponding to the hidden vector, i is an index corresponding to an output node of an output layer of the verification model, and j is an index corresponding to an operation node of a fully connected layer of the verification model. and said is a hyperparameter.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일기 예측 기반의 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 방법은 통신부가 센서장치로부터 센서 데이터를 포함하는 리포트 메시지를 수신하는 단계와, 검증부가 상기 리포트 메시지를 수신한 리포트 프레임 및 서브 리포트 프레임과 상기 센서장치가 속한 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임 및 상기 센서장치에 할당된 서브 리포트 프레임이 동일한지 여부에 따라 상기 센서 데이터의 무결성을 1차로 인증하는 단계와, 상기 검증부가 상기 1차 인증에 성공하면, 검증모델을 통해 상기 센서장치의 센서 데이터와 상기 할당된 리포트 프레임으로 수신된 다른 센서장치의 센서 데이터를 비교하여 상기 센서 데이터의 무결성에 대한 2차 인증을 수행하는 단계를 포함한다. A method for forecasting demand for solar power generation based on weather forecasting according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: a communication unit receiving a report message including sensor data from a sensor device; The verification unit determines the integrity of the sensor data according to whether the report frame and sub report frame in which the report message is received and the report frame assigned to the microgrid to which the sensor device belongs and the sub report frame assigned to the sensor device are the same. In the step of authenticating by car, and when the verification unit succeeds in the first authentication, the sensor data of the sensor device is compared with the sensor data of another sensor device received in the assigned report frame through a verification model to ensure the integrity of the sensor data Including the step of performing secondary authentication for the.
상기 방법은 상기 센서장치로부터 센서 데이터를 포함하는 리포트 메시지를 수신하는 단계 전, 등록부가 복수의 마이크로그리드 각각에 대해 소정 주기로 반복되는 리포트 프레임을 할당하는 단계와, 상기 등록부가 상기 복수의 마이크로그리드 중 어느 하나에 속한 어느 하나의 센서장치로부터 등록을 요청하는 등록요청메시지를 수신하면, 상기 센서장치에 대해 해당 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임 내에서 어느 하나의 서브 리포트 프레임을 할당하는 단계와, 상기 등록부가 상기 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 지시자와 함께 등록응답 메시지를 상기 센서장치로 전송하는 단계를 더 포함한다. The method includes the steps of, before receiving a report message including sensor data from the sensor device, a registration unit allocating a report frame that is repeated at a predetermined period for each of a plurality of microgrids; Allocating any one sub report frame within a report frame allocated to the corresponding microgrid for the sensor device when receiving a registration request message requesting registration from any one sensor device belonging to any one; The method further includes transmitting a registration response message to the sensor device together with an indicator indicating the allocated sub report frame.
상기 2차 인증을 수행하는 단계는 상기 검증모델이 검증 대상 센서장치의 센서 데이터와, 검증 대상 센서장치의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임으로 수신된 다른 센서장치의 센서 데이터 각각으로부터 생성된 복수의 센서데이터벡터를 포함하는 입력벡터를 입력받는 단계와, 상기 검증모델이 상기 입력벡터에 대해 복수의 계층 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 검증 대상 센서 데이터가 무결성 인증에 성공할 확률과 실패할 확률을 나타내는 출력값을 산출하는 단계를 포함한다. In the step of performing the secondary authentication, the verification model includes a plurality of sensor data generated from sensor data of the verification target sensor device and sensor data of another sensor device received in the same report frame as the sensor data of the verification target sensor device, respectively. A step of receiving an input vector including a vector, and a probability that the sensor data to be verified succeeds and fails in integrity authentication through a plurality of operations in which the verification model applies a weight learned between a plurality of layers with respect to the input vector and calculating an output value representing
센서데이터벡터는 센서장치가 속한 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임을 나타내는 프레임벡터, 센서장치에 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 서브프레임벡터, 센서장치가 전력, 전류 및 온도를 측정한 시간을 나타내는 시간벡터 및 센서장치가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값을 나타내는 측정벡터를 포함한다. The sensor data vector is a frame vector indicating a report frame allocated to the microgrid to which the sensor device belongs, a subframe vector indicating a sub report frame allocated to the sensor device, and a time vector indicating the time the sensor device measures power, current and temperature. and a measurement vector indicating the measurement values measured by the sensor device for power, current, and temperature.
상기 방법은 상기 리포트 메시지를 수신하는 단계 전, 학습부가 학습용 입력벡터를 마련하는 단계와, 상기 학습부가 손실함수 에서 상기 을 0으로 설정한 후, 학습용 입력벡터에 대한 상기 검증모델의 출력값과 분류 레이블의 차이인 분류 손실이 최소가 되도록 상기 검증모델의 가중치를 수정하는 분류 손실 최적화를 수행하는 단계와, 상기 학습부가 상기 손실함수에서 상기 을 0.5로 설정한 후, 학습용 입력벡터에 대한 상기 검증모델의 출력값과 분류 레이블의 차이인 분류 손실과 상기 검증모델의 완전연결층의 연산노드값인 은닉벡터와 은닉 레이블과의 차이인 은닉 손실을 포함하는 복합 손실이 최소가 되도록 상기 검증모델의 가중치를 수정하는 복합 손실 최적화를 수행하는 단계를 더 포함한다. In the method, before receiving the report message, the learning unit provides an input vector for learning, and the learning unit provides a loss function. above in is set to 0, and then performing classification loss optimization of correcting the weight of the verification model so that the classification loss that is the difference between the output value of the verification model and the classification label with respect to the input vector for training is minimized; In the loss function, After setting to 0.5, the classification loss, which is the difference between the output value of the validation model and the classification label for the training input vector, and the hidden loss, which is the difference between the hidden vector and the hidden label, which are the computational node values of the fully connected layer of the validation model, The method further includes performing complex loss optimization by modifying the weight of the verification model so that the included complex loss is minimized.
여기서, 상기 Eintergrity는 손실함수이고, 상기 oi는 상기 검증모델의 출력층의 출력값이고, 상기 zi는 상기 출력값에 대응하는 분류 레이블이고, 상기 eij는 상기 검증모델의 완전연결층의 연산노드값인 상기 은닉벡터이고, 상기 hij는 상기 은닉벡터에 대응하는 은닉 레이블이고, 상기 i는 상기 검증모델의 출력층의 출력노드에 대응하는 인덱스이고, 상기 j는 상기 검증모델의 완전연결층의 연산노드에 대응하는 인덱스이고, 상기 는 하이퍼파라미터인 것을 특징으로 한다. Here, the Eintergrity is a loss function, the oi is the output value of the output layer of the verification model, the zi is the classification label corresponding to the output value, and the eij is the operation node value of the fully connected layer of the verification model. a vector, wherein hij is a hidden label corresponding to the hidden vector, i is an index corresponding to an output node of an output layer of the verification model, and j is an index corresponding to an operation node of a fully connected layer of the verification model. and said is a hyperparameter.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광발전기가 생산한 전력을 저장하는 에너지저장장치와, 상기 태양광발전기 및 상기 에너지저장장치 중 적어도 하나로부터 전력을 공급받는 로컬 부하를 포함하는 마이크로그리드에서 일기 예측 기반의 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 장치는 복수의 센서장치로부터 로라 통신을 통해 에너지저장장치, 태양광발전기 및 로컬 부하에 대한 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값 및 측정시간을 포함하는 복수의 센서 데이터를 지속적으로 수신하고, 기상정보서버로부터 지속적으로 수신되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간의 일기에 대한 일기 정보 및 지속적으로 입력되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기인 일기 예측 정보를 수신하는 통신부와, 각각이 상기 측정값 및 측정시간과, 일기 정보를 기초로 생성된 상기 태양광발전기가 생산한 전력을 나타내는 전력생산벡터, 상기 에너지저장장치가 저장하는 전력을 나타내는 전력저장벡터, 상기 로컬 부하가 소비하는 전력을 나타내는 전력소비벡터, 상기 측정시간을 나타내는 시간벡터 및 상기 측정시간의 일기 정보를 나타내는 일기벡터를 포함하면서 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터를 생성하고, 상기 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기를 나타내는 예측일기벡터를 생성하고, 상기 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터에 대해 예측모델의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 상기 태양광발전기의 발전량, 상기 에너지저장장치의 저장량 및 상기 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 예측부를 포함한다. An energy storage device for storing power produced by a photovoltaic generator according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, and a local power supply from at least one of the photovoltaic generator and the energy storage device A device for forecasting the demand for solar power generation based on weather forecasting in a microgrid including a load measures power, current and temperature for an energy storage device, a photovoltaic generator, and a local load through LoRa communication from a plurality of sensor devices A plurality of sensor data including one measurement value and measurement time are continuously received, and a plurality of sensor data continuously received from the weather information server, diary information about the diary of each measurement time, and a plurality of sensor data continuously input A communication unit for receiving weather prediction information, which is the predicted weather after a preset time from each measurement time, and power representing the power generated by the photovoltaic generator, each of which is generated based on the measurement value and the measurement time, and the weather information It includes a production vector, a power storage vector representing power stored by the energy storage device, a power consumption vector representing power consumed by the local load, a time vector representing the measurement time, and a weather vector representing diary information of the measurement time. while generating a plurality of state vectors arranged in chronological order, and generating a predicted diary vector indicating a predicted diary after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector in time among the plurality of state vectors, , from the time indicated by the time vector of the first state vector in time among the plurality of state vectors through a plurality of operations in which the learned weights of the plurality of layers of the predictive model are applied to the plurality of state vectors and the prediction diary vector and a prediction unit for calculating predicted values of the amount of power generation of the photovoltaic generator after a preset time, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load.
상기 장치는 상기 예측부가 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량의 예측값을 산출하면, 상기 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량에 따라 상기 복수의 마이크로그리드 각각의 전력량의 여분 또는 부족분을 도출하고, 상기 통신부를 통해 해당하는 마이크로그리드의 에너지저장장치로 상기 도출된 전력량의 여분 또는 부족분에 따라 전력량의 여분을 공급하거나, 전력량의 부족분을 수급하도록 제어하는 제어 메시지를 전송하는 관리부를 더 포함한다. In the device, when the prediction unit calculates the predicted values of the generation amount, the storage amount, and the demand amount of each of the plurality of microgrids, each of the plurality of microgrids according to the generation amount, the storage amount, and the demand amount of each of the plurality of microgrids A control message for deriving an excess or shortfall of the amount of power, and supplying the excess or shortfall of the amount of power to the energy storage device of the corresponding microgrid through the communication unit, or supplying the excess of the amount of power according to the derived excess or deficiency of the amount of power through the communication unit. It further includes a management unit for transmitting.
상기 예측모델은 시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 시간의 흐름 및 일기의 변화에 따른 마이크로그리드의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 상관 특징을 나타내는 상태특징벡터를 산출하는 상태전달망과, 상기 예측일기벡터 및 상기 상태전달망이 산출한 상태특징벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 예측망을 포함한다. The predictive model is a microgrid photovoltaic generator according to the passage of time and weather changes through a plurality of operations in which the learned weights of a plurality of layers of a plurality of stages are applied to a plurality of state vectors arranged in time order. A state transmission network that calculates a state feature vector representing a correlation characteristic with respect to the amount of power generation, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of a local load, and a state input vector including the predicted diary vector and the state feature vector calculated by the state transfer network are input Sunlight after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector in time among the plurality of state vectors through a plurality of operations in which the received and learned weights of a plurality of layers are applied to the input state input vector It includes a prediction network that calculates the predicted value of the power generation amount of the generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load.
상기 장치는 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터를 포함하는 학습 데이터로 마련하고, 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량을 예측 레이블로 설정하고, 학습 데이터를 예측모델에 입력하고, 예측모델의 상태전달망이 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상태특징벡터를 산출하고, 예측모델의 예측망이 상기 상태특징벡터 및 상기 예측일기벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 예측값인 출력값을 산출하면, 상기 예측 레이블과 출력층의 출력값의 차이를 나타내는 손실함수의 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하는 예측 손실 최적화를 수행하는 학습부를 더 포함한다. The apparatus prepares learning data including a plurality of state vectors and a prediction diary vector arranged in time order, and a predetermined time after the time indicated by the time vector of the first state vector among the plurality of state vectors of the learning data. The generation amount of the solar generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load are set as the prediction labels, the learning data is input to the prediction model, and the state transmission network of the prediction model is a plurality of stages of a plurality of stages for a plurality of state vectors. The state feature vector is calculated through a plurality of operations to which the unlearned weight of the layer is applied, the prediction network of the predictive model receives the state input vector including the state feature vector and the predicted diary vector, and the input state input The amount of power generated by the photovoltaic generator after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector among the plurality of state vectors of the learning data through a plurality of operations in which the unlearned weights of a plurality of layers are applied to the vector , when the output value that is the predicted value for the storage amount of the energy storage device and the demand amount of the local load is calculated, the prediction loss optimization that corrects the weight of the prediction model so that the prediction loss of the loss function representing the difference between the prediction label and the output value of the output layer is minimized It further includes a learning unit to perform.
상기 학습부는 수학식 를 이용하여 예측 레이블과 상기 출력값의 차이인 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하며, 상기 Eforecast는 손실함수이고, 상기 R은 상기 출력값이고, 상기 L은 상기 예측 레이블이고, 상기 i는 출력노드의 인덱스인 것을 특징으로 한다. The learning unit The weight of the prediction model is modified so that the prediction loss, which is the difference between the prediction label and the output value, is minimized using It is characterized in that it is the index of the output node.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광발전기가 생산한 전력을 저장하는 에너지저장장치와, 상기 태양광발전기 및 상기 에너지저장장치 중 적어도 하나로부터 전력을 공급받는 로컬 부하를 포함하는 마이크로그리드에서 일기 예측 기반의 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 방법은 통신부가 복수의 센서장치로부터 로라 통신을 통해 에너지저장장치, 태양광발전기 및 로컬 부하에 대한 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값 및 측정시간을 포함하는 복수의 센서 데이터를 지속적으로 수신하는 단계와, 상기 통신부가 기상정보서버로부터 지속적으로 수신되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간의 일기에 대한 일기 정보 및 지속적으로 입력되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기인 일기 예측 정보를 수신하는 단계와, 예측부가 각각이 상기 측정값 및 측정시간과, 일기 정보를 기초로 생성된 상기 태양광발전기가 생산한 전력을 나타내는 전력생산벡터, 상기 에너지저장장치가 저장하는 전력을 나타내는 전력저장벡터, 상기 로컬 부하가 소비하는 전력을 나타내는 전력소비벡터, 상기 측정시간을 나타내는 시간벡터 및 상기 측정시간의 일기 정보를 나타내는 일기벡터를 포함하면서 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터를 생성하는 단계와, 상기 예측부가 상기 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기를 나타내는 예측일기벡터를 생성하는 단계와, 상기 예측부가 상기 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터에 대해 예측모델의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 상기 태양광발전기의 발전량, 상기 에너지저장장치의 저장량 및 상기 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 단계를 포함한다. An energy storage device for storing power produced by a photovoltaic generator according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, and a local power supply from at least one of the photovoltaic generator and the energy storage device A method for forecasting the demand for solar power generation based on weather prediction in a microgrid including a load is a method for a communication unit to transmit power, current and temperature to an energy storage device, a photovoltaic generator and a local load through LoRa communication from a plurality of sensor devices. Continuously receiving a plurality of sensor data including a measurement value and measurement time measured by Receiving the weather forecast information, which is the predicted weather after a preset time from each measurement time of a plurality of sensor data input as , and the weather generated based on the measured value and the measurement time, and the weather information, respectively, by a prediction unit A power generation vector representing power produced by the photogenerator, a power storage vector representing power stored by the energy storage device, a power consumption vector representing power consumed by the local load, a time vector representing the measurement time, and the measurement time generating a plurality of state vectors arranged in chronological order while including a diary vector indicating diary information of Generating a predictive diary vector representing the predicted diary after a set time, and the predictor through a plurality of operations in which the learned weights of a plurality of layers of the predictive model are applied to the plurality of state vectors and the predictive diary vectors Calculating the predicted values of the power generation amount of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector in time among the state vectors of do.
상기 방법은 상기 예측값을 산출하는 단계 후, 상기 예측부가 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량의 예측값을 산출하면, 관리부가 상기 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량에 따라 상기 복수의 마이크로그리드 각각의 전력량의 여분 또는 부족분을 도출하는 단계와, 상기 관리부가 상기 통신부를 통해 해당하는 마이크로그리드의 에너지저장장치로 상기 도출된 전력량의 여분 또는 부족분에 따라 전력량의 여분을 공급하거나, 전력량의 부족분을 수급하도록 제어하는 제어 메시지를 전송하는 단계를 더 포함한다. In the method, after the step of calculating the predicted value, when the prediction unit calculates the predicted values of the generation amount, the storage amount, and the demand amount of each of the plurality of microgrids, the management unit the generation amount of each of the plurality of microgrids, the storage amount and the The step of deriving an extra or insufficient amount of power of each of the plurality of microgrids according to the amount of demand; The method further includes transmitting a control message for controlling to supply or supply an insufficient amount of power.
상기 예측값을 산출하는 단계는 상기 예측모델의 상태전달망이 시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 시간의 흐름 및 일기의 변화에 따른 마이크로그리드의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 상관 특징을 나타내는 상태특징벡터를 산출하는 단계와, 상기 예측모델의 예측망이 상기 예측일기벡터 및 상기 상태전달망이 산출한 상태특징벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 단계를 포함한다. The step of calculating the predicted value is performed through a plurality of operations in which the learned weights of a plurality of layers of a plurality of stages are applied to a plurality of state vectors arranged in chronological order by the state transmission network of the predictive model. Calculating a state feature vector representing a correlation characteristic with respect to the amount of generation of the photovoltaic generator of the microgrid according to the change, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of a local load; The state input vector including the state feature vector calculated by the state transmission network is received, and the first sequence number in time among the plurality of state vectors through a plurality of operations in which the learned weights of a plurality of layers are applied to the input state input vector. and calculating predicted values of the amount of power generation of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the state vector of .
상기 방법은 상기 복수의 센서 데이터를 지속적으로 수신하는 단계 전, 학습부가 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터를 포함하는 학습 데이터로 마련하는 단계와, 상기 학습부가 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량을 예측 레이블로 설정하는 단계와, 상기 학습부가 학습 데이터를 예측모델에 입력하는 단계와, 예측모델의 상태전달망이 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상태특징벡터를 산출하는 단계와, 예측모델의 예측망이 상기 상태특징벡터 및 상기 예측일기벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 예측값인 출력값을 산출하는 단계와 상기 학습부가 상기 예측 레이블과 상기 출력값의 차이를 나타내는 손실함수의 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하는 예측 손실 최적화를 수행하는 단계를 더 포함한다. The method includes the steps of: before the continuously receiving the plurality of sensor data, the learning unit provides learning data including a plurality of state vectors and prediction diary vectors arranged in chronological order; Setting the generation amount of the photovoltaic generator after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector among the state vectors, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load as a prediction label, and the learning unit learning data inputting into the predictive model, and the state transmission network of the predictive model calculating the state feature vector through a plurality of operations to which unlearned weights of a plurality of layers of a plurality of stages are applied to a plurality of state vectors; A prediction network of a predictive model receives a state input vector including the state feature vector and the predictive diary vector, and learns through a plurality of operations in which unlearned weights of a plurality of layers are applied to the input state input vector. Calculating an output value that is a predicted value for the amount of power generation of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector among the plurality of state vectors of the data; The method further includes performing, by the learning unit, prediction loss optimization of correcting the weight of the prediction model so that the prediction loss of the loss function representing the difference between the prediction label and the output value is minimized.
상기 예측 손실 최적화를 수행하는 단계는 상기 학습부가 수학식 를 이용하여 예측 레이블과 상기 출력값의 차이인 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하며, 상기 Eforecast는 손실함수이고, 상기 R은 상기 출력값이고, 상기 L은 상기 예측 레이블이고, 상기 i는 출력노드의 인덱스인 것을 특징으로 한다. The step of performing the prediction loss optimization is the learning unit Equation The weight of the prediction model is modified so that the prediction loss, which is the difference between the prediction label and the output value, is minimized using It is characterized in that it is the index of the output node.
본 발명에 따르면, 로라 통신을 통해 센서장치가 전송하는 태양광 발전에 대한 센서 데이터를 기초로 수요를 예측할 수 있어, 태양광 발전에 따른 에너지를 효율적으로 분배하여 관리할 수 있다. According to the present invention, demand can be predicted based on sensor data for photovoltaic power transmitted by the sensor device through LoRa communication, and energy according to photovoltaic power can be efficiently distributed and managed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 기반의 복수의 마이크로그리드를 포함하는 전력시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 기반의 마이크로그리드의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지저장장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리컨테이너의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지관리서버 제어부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 및 센서장치에 할당되는 리포트 프레임 및 서브 리포트 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 센서 데이터의 무결성을 검증하기 위한 검증모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 센서 데이터의 무결성을 검증하기 위한 검증모델의 완전연결층 및 출력층을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델의 상태전달망을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델의 상태전달망의 연산을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델의 예측망을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 검증모델(VM)을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 검증모델(VM)을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 벡터공간의 예이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 예측모델(FCM)을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신을 통해 수신되는 태양광 발전에 대한 센서 데이터를 관리하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 19는 로라 통신을 수행하는 센서장치를 이용한 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20은 로라 통신을 수행하는 센서장치를 이용한 태양광 발전에 대한 수요 관리를 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a view for explaining the configuration of a power system including a plurality of photovoltaic-based microgrids according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the configuration of a photovoltaic-based microgrid according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the configuration of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the configuration of a battery container according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram for explaining the configuration of a sensor device according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram for explaining the configuration of an energy management device according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a detailed configuration of an energy management server control unit according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining a report frame and a sub report frame allocated to a microgrid and a sensor device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a verification model for verifying the integrity of sensor data according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram for explaining a fully connected layer and an output layer of a verification model for verifying the integrity of sensor data according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram for explaining a prediction model for predicting the demand of a local load according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram for explaining a state transmission network of a prediction model for demand prediction of a local load according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram for explaining the operation of a state transmission network of a prediction model for demand prediction of a local load according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram for explaining a prediction network of a prediction model for predicting the demand of a local load according to an embodiment of the present invention.
15 is a flowchart illustrating a method of training a verification model (VM) according to an embodiment of the present invention.
16 is an example of a vector space for explaining a method of training a verification model (VM) according to an embodiment of the present invention.
17 is a flowchart illustrating a method for learning a predictive model (FCM) according to an embodiment of the present invention.
18 is a flowchart illustrating a method of managing sensor data for photovoltaic power received through LoRa communication according to an embodiment of the present invention.
19 is a flowchart illustrating a method for predicting a demand for solar power generation using a sensor device performing LoRa communication.
20 is a flowchart illustrating a method for managing demand for solar power generation using a sensor device performing LoRa communication.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors should develop their own inventions in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be appropriately defined as a concept of a term for explanation. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 기반의 복수의 마이크로그리드를 포함하는 전력시스템에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 기반의 복수의 마이크로그리드를 포함하는 전력시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광발전 기반의 마이크로그리드의 구성을 설명하기 위한 도면이다. First, a power system including a plurality of microgrids based on photovoltaic power according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a view for explaining the configuration of a power system including a plurality of photovoltaic-based microgrids according to an embodiment of the present invention. 2 is a view for explaining the configuration of a photovoltaic-based microgrid according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력시스템은 복수의 마이크로그리드(MG: micro-grid, MG1, MG2, ..., MGn) 및 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn)를 관리하는 에너지관리서버(EMS: Energy Management System, 100)를 포함한다. 더욱이, 본 발명의 전력시스템은 기상정보서버(500)를 더 포함한다. 기상정보서버(500)는 기상청의 기상분석시스템(Forecaster's Analysis System) 등을 통해 예측한 날씨 및 온도를 포함하는 일기 및 기상청이 계측한 날씨 및 온도를 포함하는 일기에 대한 정보를 제공하는 서버이다. 1, the power system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of micro-grids (MG: micro-grid, MG1, MG2, ..., MGn) and a plurality of micro-grids (MG: MG1, MG2, . .., MGn), including an energy management server (EMS: Energy Management System, 100). Moreover, the power system of the present invention further includes a weather information server (500). The
도 2를 참조하면, 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 각각은 태양광발전기(200), 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System, 300) 및 로컬 부하(400)를 포함한다. 특히, 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 각각은 복수의 계측기(10: 10a, 10b, 10c, 10d, 10e) 및 복수의 전력변환기(PCS: Power Conditioning System 혹은 DC/DC converter, 20: 20a, 20b, 20c)를 더 포함한다. 2, each of the plurality of microgrids (MG: MG1, MG2, ..., MGn) is a photovoltaic generator 200, an energy storage system (ESS: Energy Storage System, 300) and a
태양광발전기(200)는 광기전 효과(photovoltaic effect)를 이용하여, 태양으로부터 오는 빛을 전기 에너지로 바꾸어 전력을 생산한다. 태양광발전기(200)는 기본적으로, 생산된 전력, 즉, 발전 전력을 부하(400)에 제공한다. 하지만, 이러한 태양광발전기(200)의 전력 생산량은 일기에 따라 편차가 심하며 조절할 수 있는 것이 아니다. 따라서 태양광발전기(200)는 로컬 부하(400)의 용량에 비해 과잉 생산된 전력을 에너지저장장치(300)에 제공하여 저장할 수 있다. The photovoltaic generator 200 uses a photovoltaic effect to convert light coming from the sun into electrical energy to generate electric power. The photovoltaic generator 200 basically provides the generated power, that is, the generated power to the
에너지저장장치(300)는 태양광발전기(200)의 발전 전력을 저장하기 위한 것이다. 특히, 에너지저장장치(300)는 발전기(10)가 로컬 부하(30)의 용량에 비해 전력을 과잉 생산한 경우, 그 과잉 생산된 발전 전력을 저장할 수 있다. 또한, 에너지저장장치(300)는 로컬 부하(400)의 전력이 요구될 때 저장된 전력을 부하(400)에 제공한다. The
전력변환기(20)는 출력측 장치의 동작 가능한 전압 범위에 맞춰 입력 전압을 강압 혹은 승압시켜 출력 전압을 생성하여 출력한다. 예컨대, 태양광발전기(200)가 생산한 전력이 입력되는 경우, 에너지저장장치(300) 혹은 로컬 부하(400)의 동작 가능한 전압 범위에 맞춰 그 전력의 전압을 강압하여 출력한다. The power converter 20 generates and outputs an output voltage by step-down or step-up of an input voltage according to an operable voltage range of the output-side device. For example, when the power generated by the photovoltaic generator 200 is input, the voltage of the power is stepped down and output according to the operable voltage range of the
복수의 센서장치(10)는 복수의 전력변환기(20), 태양광발전기(200) 및 에너지저장장치(300)에 연결되어 태양광발전기(200)로부터 출력되는 전압, 전류, 에너지저장장치(300)에 입력 혹은 출력되는 전압, 전류, 에너지저장장치(300)의 온도, 부하(400)에 입력되는 전압, 전류, 전력변환기(20)가 변환한 전압, 전류 등을 측정한다. 그리고 센서장치(10)는 측정된 전압, 전류 및 온도를 에너지관리서버(100)로 로라(RoLA) 통신을 통해 전송할 수 있다. The plurality of
에너지관리서버(100)는 본 발명의 실시예에 따른 전력시스템, 즉, 태양광발전을 기반으로 하는 복수의 마이크로그리드(MG)를 관리하기 위한 것이다. 특히, 에너지관리서버(100)는 로라 통신을 통해 센서장치(10)가 계측한 에너지와 관련된 정보를 수신하고, 기상정보서버(500)로부터 기상 관련 정보를 수신하여 딥러닝 모델을 통해 수신된 정보를 분석한 후, 분석 결과에 따라 복수의 마이크로그리드(MG) 간 수요를 조절할 수 있다. The
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System, 300)의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지저장장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리컨테이너의 구성을 설명하기 위한 도면이다. Next, a configuration of an energy storage system (ESS) 300 according to an embodiment of the present invention will be described. 3 is a view for explaining the configuration of an energy storage device according to an embodiment of the present invention. 4 is a view for explaining the configuration of a battery container according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지저장장치(300)는 배터리컨테이너(310), 공조기(320), 통신기(330) 및 제어기(340)를 포함한다. 이러한 배터리컨테이너(310), 공조기(320), 통신기(330) 및 제어기(340)는 외함(301) 내에 설치되어 외함(301)에 의해 물리적으로 보호될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the
도 4를 참조하면, 배터리컨테이너(310)는 실제로 에너지를 저장하기 위한 복수의 단위 저장 장치로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서 최소의 단위 저장 장치는 배터리 셀이다. 배터리 셀은 이차전지이며, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈수소축전지(NiMH), 리튬이온전지(Li-ion), 리튬이온폴리머전지(Li-ion polymer) 등을 예시할 수 있다. 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 셀이 하나의 배터리모듈을 형성한다. 또한, 복수의 배터리모듈은 하나의 배터리 랙을 형성한다. 그리고 복수의 배터리 랙은 하나의 배터리 컨테이너를 이룬다. 배터리 랙은 일반적으로, 복수의 배터리 모듈이 적층된 타워형이다. 하지만, 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 형식이면 그 형태의 무관하다. 배터리컨테이너(310)는 외함(10) 내에서 공조기(320) 및 제어기(340)와 격벽(PW)을 통해 분리된 제1 공간(A1)에 설치된다. Referring to FIG. 4 , the battery container 310 includes a plurality of unit storage devices for actually storing energy. In an embodiment of the present invention, the smallest unit storage device is a battery cell. The battery cell is a secondary battery, and may be, for example, a nickel-cadmium battery (NiCd), a nickel hydride battery (NiMH), a lithium ion battery (Li-ion), or a lithium ion polymer battery (Li-ion polymer). As shown, a plurality of battery cells form one battery module. In addition, a plurality of battery modules form one battery rack. And a plurality of battery racks form one battery container. A battery rack is generally a tower type in which a plurality of battery modules are stacked. However, the present invention is not limited thereto, and the form is irrelevant as long as it includes a plurality of battery modules. The battery container 310 is installed in the first space A1 separated from the air conditioner 320 and the controller 340 in the
다시 도 3을 참조하면, 공조기(320)는 외함(10) 내에서 배터리컨테이너(310)와 격벽(PW)을 통해 분리된 제2 공간(A2)에 설치된다. 공조기(320)는 배터리컨테이너(310)가 설치된 제1 공간(A1)의 공기 조화를 수행한다. 즉, 공조기(30)는 배터리컨테이너(310)가 설치된 제1 공간(A1)에 연결된 관 등을 통해 공조를 위한 공기, 즉, 냉기, 온기 및 습기 및 건기 중 적어도 하나의 속성을 가지는 공기를 공급할 수 있다. Referring back to FIG. 3 , the air conditioner 320 is installed in the second space A2 separated from the battery container 310 in the
통신기(330)는 로라(LoRa) 통신을 통해 에너지관리서버(100)와 통신을 위한 것이다. 이러한 통신기(330)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF(Radio Frequency) 송신기(Tx) 및 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기(Rx)를 포함할 수 있다. 그리고 통신기(330)는 송신되는 신호를 변조하고, 수신되는 신호를 복조하는 모뎀(Modem)을 포함할 수 있다. The communicator 330 is for communication with the
제어기(340)는 에너지저장장치(300)의 전반적인 동작 및 기능을 제어하기 위한 것이다 특히, 제어기(340)는 에너지저장장치(300), 즉, 배터리컨테이너(310)의 충전 및 방전을 제어하고, 공조기(320)의 공조 기능을 제어할 수 있다. 제어기(340)는 통신기(330)를 통해 에너지관리서버(100)로부터 충전, 방전, 셀 밸런싱 및 공조(냉각) 등의 지령을 수신하면, 에너지저장장치(300)의 충전, 방전 및 셀 밸런싱을 수행하거나, 공조기(320)를 제어하여 공조(냉각)를 수행하도록 제어한다. 특히, 제어기(340)는 통신기(330)를 통해 에너지관리서버(100)로부터 전력량의 여분 또는 부족분에 따라 전력량의 여분을 공급하고, 전력량의 부족분을 수급하도록 제어하는 제어 메시지를 수신하면, 제어 메시지에 따라 전력량의 여분을 공급하거나, 전력량의 부족분을 수급하도록 배터리컨테이너(310)가 충전 혹은 방전하도록 제어한다. 이러한 제어기(340)는 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit), 마이크로제어기(MCU: Micro Controller Unit), 디지털신호처리기(DSP: Digital Signal Processor) 등이 될 수 있다. The controller 340 is for controlling the overall operation and function of the
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 센서장치(10)의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 센서장치(10)는 전압센서(11), 전류센서(12), 복수의 온도센서(13), 컨버터(Analog-to Digital Converter, 14), 신호처리부(15) 및 로라통신부(16)를 포함한다. Next, the configuration of the
전압센서(11)는 연결된 설비 혹은 장치(20, 200, 300)의 출력 혹은 입력 전압을 측정하기 위한 센서이며, 전류센서(12)는 연결된 설비 혹은 장치(20, 200, 300)의 입력 혹은 출력 전류를 측정하기 위한 센서이다. 온도센서(13)는 선택적인 구성으로 연결된 설비 혹은 장치(20, 200, 300)의 온도를 측정하기 위한 센서이다. 특히, 제4 계측기(10d)의 복수의 온도센서(13)는 에너지저장장치(300)의 복수의 위치에 분산되어 설치되어 설치된 복수의 위치 각각의 온도를 개별적으로 측정할 수 있다. 또한, 제1 계측기(10a)의 복수의 온도센서(13)는 태양광발전기(200)의 복수의 위치에 분산되어 설치되어 설치된 복수의 위치 각각의 온도를 개별적으로 측정할 수 있다. The
컨버터(14)는 아날로그 신호인 전압센서(11), 전류센서(12) 및 온도센서(13)가 측정한 전압, 전류, 온도의 측정값을 디지털 신호로 변환한 후, 신호처리부(15)에 제공한다. The
로라통신부(16)는 로라 통신(RoLa)을 통해 에너지관리서버(100)와 통신을 위한 것이다. 이러한 로라통신부(16)는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF(Radio Frequency) 송신기(Tx) 및 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기(Rx)를 포함할 수 있다. 그리고 로라통신부(16)는 송신되는 신호를 변조하고, 수신되는 신호를 복조하는 모뎀(Modem)을 포함할 수 있다. The
신호처리부(15)는 디지털 신호로 변환된 전압, 전류, 온도의 측정값에 측정 대상을 다른 장치와 구분하여 식별할 수 있는 식별자, 즉, 전력변환기(20), 태양광발전기(200), 에너지저장장치(300) 등의 측정 대상에 대한 식별자와, 전압, 전류, 온도를 측정한 측정 시간을 부여한다. 특히, 전력변환기(20)의 경우, 다른 전력변환기(20)와 구분되는 위치를 알 수 있는 식별자가 부여된다. 신호처리부(15)는 전송 오류 등에 따른 재전송을 고려하여 측정 대상 및 측정 시간을 포함하는 전압, 전류, 온도의 측정값을 일시 저장할 수 있는 소정 용량의 메모리를 포함할 수 있다. 신호처리부(15)는 측정 대상 및 측정 시간을 포함하는 전압, 전류, 온도의 측정값을 포함하는 센서 데이터를 로라통신부(16)를 통해 에너지관리서버(100)로 전송한다. The
한편, 에너지관리서버(100)는 복수의 마이크로그리드 각각에 서로 다른 리포트 프레임을 할당하며, 해당 마이크로그리드에 속한 복수의 센서장치(10) 각각에 해당 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임 내에서 서로 다른 서브 리포트 프레임을 할당한다. 이에 따라, 신호처리부(15)는 로라통신부(16)를 통해 전술한 센서 데이터를 전송할 때, 할당된 리포트 프레임 및 서브 리포트 프레임을 통해 에너지관리서버(100)로 전송한다. On the other hand, the
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 에너지관리서버(100)의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지관리장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지관리서버(100)는 통신부(110), 저장부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. Next, the configuration of the
통신부(110)는 센서장치(10), 에너지저장장치(300) 및 기상정보서버(500)와 통신을 위한 것이다. 통신부(110)는 센서장치(10) 및 에너지저장장치(300)와 로라 통신을 통해 필요한 정보를 포함하는 데이터를 교환하기 위한 통신을 수행한다. 또한, 통신부(110)는 기상정보서버(500)와 IP 통신 프로토콜에 따른 통신을 수행할 수 있다. 통신부(110)는 센서장치(10)로부터 센서장치(10)가 측정한 전압, 전류 및 온도의 측정값 및 측정 시간을 수신할 수 있다. 또한, 통신부(110)는 기상정보서버(500)로부터 기상 정보를 수신할 수 있다. 통신부(110)는 전압, 전류 및 온도의 측정값 및 측정 시간, 그리고 일기 및 일기 예보 등의 기상 정보를 제어부(130)로 전달한다. 또한, 통신부(110)는 제어부(130)로부터 데이터를 전달 받으면, 전달 받은 데이터를 패킷으로 구성하여 전송한다. 예컨대, 통신부(110)는 에너지저장장치(300)로 제어 명령을 전송할 수 있다. 이러한 제어 명령은 에너지저장장치(300)로 하여금 공조, 공조, 충전, 방전, 밸런싱(cell balancing), 경보, 비상정지 등을 실행하도록 하기 위한 것이다. 특히, 제어 명령은 여분의 전력 혹은 부족분의 전력을 방전 혹은 충전하도록 하는 것일 수 있다. The
저장부(120)는 에너지관리서버(100)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행한다. 특히, 저장부(120)는 에너지관리서버(100)의 운영에 따라 발생하는 데이터, 즉, 예컨대, 측정된 일기 및 예보된 일기, 전력, 전압, 온도의 측정값 및 측정시간, 시간벡터, 일기벡터, 전력소비벡터, 전력생산벡터, 온도벡터, 그리고, 예측된 전압, 전류 및 온도 등을 저장할 수 있다. 저장부(120)에 저장되는 각 종 데이터는 사용자의 조작에 따라, 삭제, 변경, 추가될 수 있다. The storage unit 120 serves to store programs and data necessary for the operation of the
제어부(130)는 에너지관리서버(100)의 전반적인 동작 및 에너지관리서버(100)의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 데이터 처리 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 기본적으로, 에너지관리서버(100)의 각 종 기능을 제어하는 역할을 수행한다. 제어부(130)는 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit), 디지털신호처리기(DSP: Digital Signal Processor) 등을 예시할 수 있다. The control unit 130 may control the overall operation of the
그러면, 이러한 에너지관리서버(100)의 제어부(130)의 세부적인 구성에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지관리서버 제어부의 세부적인 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로그리드 및 센서장치에 할당되는 리포트 프레임 및 서브 리포트 프레임을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 센서 데이터의 무결성을 검증하기 위한 검증모델을 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 센서 데이터의 무결성을 검증하기 위한 검증모델의 완전연결층 및 출력층을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델의 상태전달망을 설명하기 위한 도면이다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델의 상태전달망의 연산을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 로컬 부하의 수요 예측을 위한 예측모델의 예측망을 설명하기 위한 도면이다. Then, the detailed configuration of the control unit 130 of the
먼저, 도 7을 참조하면, 제어부(130)는 등록부(131), 검증부(132), 예측부(133), 학습부(134) 및 관리부(135)를 포함한다. First, referring to FIG. 7 , the control unit 130 includes a
등록부(131)는 복수의 마이크로그리드 각각에 대해 리포트 프레임(P)을 할당하고, 복수의 마이크로그리드(MG) 각각에 속한 복수의 센서장치(10) 각각에 대해 서브 리포트 프레임(S)을 할당하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 등록부(131)는 먼저, 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 각각에 대해 소정 주기로 반복되는 리포트 프레임(P1, P2, ..., Pn)을 할당한다. 이러한 상태에서, 등록부(131)는 통신부(110)를 통해 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 중 어느 하나에 속한 어느 하나의 센서장치(10)로부터 등록을 요청하는 등록요청메시지를 수신할 수 있다. 그러면, 등록부(131)는 도 8에 도시된 바와 같이, 센서장치(10)에 대해 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 중 해당 마이크로그리드(MG)에 할당된 리포트 프레임(예컨대, P3) 내에서 어느 하나의 서브 리포트 프레임(S1, S2, S3, S4, S5 중 하나)을 할당한다. 그런 다음, 등록부(131)는 통신부(110)를 통해 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 지시자와 함께 등록응답 메시지를 해당하는 센서장치(10)로 전송할 수 있다. The
검증부(132)는 센서장치(10)의 센서 데이터의 무결성에 대한 검사를 수행하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 검증부(132)는 통신부(110)를 통해 센서장치(10)로부터 센서 데이터를 포함하는 리포트 메시지를 수신하면, 리포트 메시지를 수신한 리포트 프레임(P) 및 서브 리포트 프레임(S)과, 센서장치(10)가 속한 마이크로그리드(MG)에 할당된 리포트 프레임(P) 및 센서장치(10)에 할당된 서브 리포트 프레임(S)이 동일한지 여부를 확인한다. 이러한 확인에 따라 리포트 메시지를 수신한 리포트 프레임(P) 및 서브 리포트 프레임(S)과, 센서장치(10)가 속한 마이크로그리드(MG)에 할당된 리포트 프레임(P) 및 센서장치(10)에 할당된 서브 리포트 프레임(S)이 동일하면, 검증부(132)는 센서장치(10)의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임으로 수신된 다른 센서장치의 센서 데이터를 비교하여 수신된 센서 데이터의 무결성을 검증한다. 이때, 검증부(132)는 검증모델(VM)을 통해 센서 데이터의 무결성을 검증한다. 이러한 검증모델(VM)은 딥러닝에 의해 학습이 이루어지는 심층신경망(DNN: Deep Neural Network) 모델이다. 심층신경망(DNN: Deep Neural Network) 모델은 대표적으로 CNN(Convolutional Neural Network)을 예시할 수 있다. The verification unit 132 is for performing an inspection on the integrity of the sensor data of the
우선, 검증부(132)는 검증 대상 센서장치(10)의 센서 데이터와, 검증 대상 센서장치(10)의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임으로 수신된 다른 센서장치(10)의 센서 데이터 각각으로부터 소정의 특징을 검출하여 센서데이터벡터를 생성한다. 여기서, 센서데이터벡터는 센서장치(10)가 속한 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임을 나타내는 프레임벡터, 센서장치(10)에 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 서브프레임벡터, 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 시간을 나타내는 시간벡터 및 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값을 나타내는 측정벡터를 포함한다. First, the verification unit 132 receives a predetermined value from each of the sensor data of the verification
일례로, 도 2 및 도 8을 참조하면, 제3 마이크로그리드(MG3)는 제1 내지 제5 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)를 포함하며, 검증 대상은 제4 센서장치(10d)라고 가정한다. 또한, 제3 마이크로그리드(MG3)에 제3 리포트프레임(P3)이 할당되었다고 가정한다. 또한, 검증 대상인 제4 센서장치(10d)는 제3 서브 리포트 프레임(S3)이 할당되었다고 가정한다. 검증부(132)는 검증 대상인 제4 센서장치(10d)의 센서 데이터와, 검증 대상인 제4 센서장치(10d)의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임인 제3 리포트프레임(P3)으로 수신된 제1, 제2, 제3 및 제5 센서장치(10a, 10b, 10c, 10e)의 센서 데이터 각각으로부터 소정의 특징을 검출하여 센서데이터벡터를 생성한다. 결국, 검증부(132)는 제3 리포트프레임(P3)을 통해 수신된 제1 내지 제5 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)의 센서 데이터 각각으로부터 센서데이터벡터, 즉, 제1 내지 제5 센서데이터벡터(SV1, SV2, SV3, SV4, SV5)를 도출한다. 그런 다음, 제1 내지 제5 센서데이터벡터를 연결하여 입력벡터(IV)를 생성한다. As an example, referring to FIGS. 2 and 8 , the third microgrid MG3 includes the first to
동일한 마이크로그리드 내의 복수의 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 동일한 리포트 프레임 내에서 전송한 센서 데이터의 측정 시간 및 측정값은 상호간에 연결된 태양광발전기(200), 에너지저장장치(300) 및 로컬 부하(400)로부터 측정된 것이기 때문에 매우 높은 상관도를 가진다. 따라서 본 발명에 따르면, 학습부(134)는 센서 데이터 간의 상관도를 검증모델(VM)에 학습시키고, 검증부(132)는 학습된 검증모델(VM)을 통해 해당 센서 데이터의 무결성을 검증한다. The measurement time and measurement value of sensor data transmitted by a plurality of
도 9 및 도 10을 참조하면, 검증모델(VM)은 순차로 입력층(verification input layer: VIL), 컨벌루션층(verification convolution layer: VCL), 풀링층(verification pooling layer: VPL), 완전연결층(verification fully-connected layer: VFL) 및 출력층(verification output layer: VOL)을 포함한다. 여기서, 컨볼루션층(VCL), 풀링층(VPL) 및 완전연결층(VFL) 각각은 2 이상이 될 수도 있다. 컨볼루션층(VCL) 및 풀링층(VPL)은 적어도 하나의 특징맵(FM: Feature Map)으로 구성된다. 특징맵(FM)은 이전 계층의 연산 결과에 대해 가중치 및 임계치를 적용한 값을 입력받고, 입력받은 값에 대한 연산을 수행한 결과로 도출된다. 이러한 가중치는 소정 크기의 가중치 행렬인 필터 혹은 커널(W)을 통해 적용된다. 본 발명의 실시예에서 컨볼루션층(VCL)의 컨벌루션 연산은 제1 필터(W1)가 사용되며, 풀링층(VPL)의 풀링 연산은 제2 필터(W2)가 사용된다. 9 and 10 , the verification model (VM) sequentially includes a verification input layer (VIL), a convolutional layer (VCL), a verification pooling layer (VPL), and a fully connected layer. It includes a (verification fully-connected layer: VFL) and an output layer (verification output layer: VOL). Here, each of the convolution layer VCL, the pooling layer VPL, and the fully connected layer VFL may be two or more. The convolution layer (VCL) and the pooling layer (VPL) include at least one feature map (FM). The feature map FM is derived as a result of receiving a value applied with a weight and a threshold to the operation result of the previous layer, and performing an operation on the input value. These weights are applied through a filter or kernel W, which is a weight matrix of a predetermined size. In the embodiment of the present invention, the first filter W1 is used for the convolution operation of the convolutional layer VCL, and the second filter W2 is used for the pooling operation of the pooling layer VPL.
입력층(VIL)에 입력벡터(IV=[SV1, SV2, SV3, SV4, SV5])가 입력되면, 컨볼루션층(VCL)은 입력층(VIL)의 입력벡터(IV)에 대해 제1 필터(W1)를 이용한 컨벌루션(convolution) 연산 및 활성화함수에 의한 연산을 수행하여 적어도 하나의 제1 특징맵(FM1)을 도출한다. 이어서, 풀링층(VPL)은 컨볼루션층(VCL)의 적어도 하나의 제1 특징맵(FM1)에 대해 제2 필터(W2)를 이용한 풀링(pooling 또는 sub-sampling) 연산을 수행하여 적어도 하나의 제2 특징맵(FM2)을 도출한다. When an input vector (IV=[SV1, SV2, SV3, SV4, SV5]) is input to the input layer VIL, the convolution layer VCL performs a first filter on the input vector IV of the input layer VIL. At least one first feature map FM1 is derived by performing a convolution operation using (W1) and an operation by an activation function. Next, the pooling layer VPL performs a pooling or sub-sampling operation using the second filter W2 on at least one first feature map FM1 of the convolution layer VCL to obtain at least one A second feature map FM2 is derived.
완결연결층(VFL)은 복수의 연산노드(E1 내지 En)로 이루어진다. 완결연결층(VFL)의 복수의 연산노드(E1 내지 En)는 풀링층(VPL)의 적어도 하나의 제2 특징맵(FM2)에 대해 활성화함수에 의한 연산을 통해 복수의 연산노드값 E[e1, e2, e3, ..., en]을 산출한다. 이러한 복수의 연산노드값 E[e1, e2, e3, ..., en]를 은닉벡터라고 칭한다. The final connection layer VFL includes a plurality of operation nodes E1 to En. The plurality of operation nodes E1 to En of the final connection layer VFL are calculated using an activation function with respect to at least one second feature map FM2 of the pooling layer VPL. , e2, e3, ..., en]. Such a plurality of operation node values E[e1, e2, e3, ..., en] is called a hidden vector.
출력층(VOL)은 2개의 출력노드(O1, O2)를 포함한다. 도 10을 참조하면, 완전연결층(VFL)의 복수의 연산노드(E1 내지 En) 각각은 가중치(W: weight)를 가지는 채널(점선으로 표시)로 출력층(OL)의 출력노드(O1, O2)와 연결된다. 다른 말로, 복수의 연산노드(E1 내지 En)의 복수의 연산노드값(e1, e2, e3, ..., en)은 가중치가 적용되어 출력노드(O1, O2)에 각각 입력된다. 이에 따라, 출력층(VOL)의 출력노드(O1, O2)는 가중치가 적용된 복수의 연산노드값(e1, e2, e3, ..., en)에 대해 활성화함수에 의한 연산을 통해 입력층(VIL)으로 입력된 입력벡터에 대응하는 검증 대상인 센서 데이터가 무결성검증에 성공할 확률 및 실패할 확률을 산출한다. The output layer VOL includes two output nodes O1 and O2. Referring to FIG. 10 , each of the plurality of operation nodes E1 to En of the fully connected layer VFL is a channel (indicated by a dotted line) having a weight W, and the output nodes O1 and O2 of the output layer OL. ) is associated with In other words, the plurality of operation node values e1, e2, e3, ..., en of the plurality of operation nodes E1 to En are inputted to the output nodes O1 and O2, respectively. Accordingly, the output nodes O1 and O2 of the output layer VOL are calculated by the activation function for the plurality of operation node values e1, e2, e3, ..., en to which the weight is applied to the input layer VIL. ) to calculate the probability of success and failure of the integrity verification of the sensor data that is the verification target corresponding to the input vector.
출력층(VOL)의 2개의 출력노드(O1, O2) 각각은 무결성 검증 결과, 성공(success) 및 실패(failure)에 대응한다. 즉, 제1 출력노드(O1)는 성공(success)에 대응하며, 제2 출력노드(O2)는 실패(failure)에 대응한다. 이에 따라, 제1 출력노드(O1)의 출력값은 입력층(VIL)으로 입력된 입력벡터의 검증 대상 센서 데이터가 무결성 검증에 대해 성공할 확률이고, 제2 출력노드(O2)의 출력값은 입력층(VIL)으로 입력된 입력벡터의 검증 대상 센서 데이터가 무결성 검증에 대해 실패할 확률을 나타낸다. 예컨대, 출력노드(O1, O1) 각각은 복수의 연산노드값(e1, e2, e3, ..., en) 각각에 가중치 w=[w1, w2, … , wn]를 적용한 후, 그 결과에 활성화함수 F를 취하여 출력값을 산출한다. 예컨대, 제1 및 제2 출력노드(O1, O2) 각각의 출력값이 각각 0.086, 0.914이면, 검증 대상 센서 데이터가 무결성 검증에 성공할 확률이 9%이고, 검증 대상 센서 데이터가 무결성 검증에 실패할 확률이 91%임을 나타낸다. 출력층(VOL)의 제1 및 제2 출력노드(O1, O2)의 출력값은 검증모델(VM)의 출력값이 된다. 검증모델(VM)이 확률(0.086, 0.914)을 출력하면, 검증부(132)는 이러한 확률(0.086, 0.914)에 따라 검증 대상 센서 데이터가 무결성 검증에 실패한 것으로 판단할 수 있다. Each of the two output nodes O1 and O2 of the output layer VOL corresponds to an integrity verification result, success and failure. That is, the first output node O1 corresponds to success, and the second output node O2 corresponds to failure. Accordingly, the output value of the first output node O1 is the probability that the verification target sensor data of the input vector input to the input layer VIL succeeds in integrity verification, and the output value of the second output node O2 is the input layer ( VIL) indicates the probability that the sensor data to be verified of the input vector will fail the integrity verification. For example, each of the output nodes O1, O1 has a weight w = [w1, w2, ... , wn] is applied, and the output value is calculated by taking the activation function F on the result. For example, if the output values of the first and second output nodes O1 and O2 are 0.086 and 0.914, respectively, the probability that the sensor data to be verified succeeds in integrity verification is 9%, and the probability that the sensor data to be verified fails the integrity verification This indicates that it is 91%. Output values of the first and second output nodes O1 and O2 of the output layer VOL become output values of the verification model VM. When the verification model VM outputs probabilities (0.086, 0.914), the verification unit 132 may determine that the verification target sensor data has failed integrity verification according to these probabilities (0.086, 0.914).
전술한 컨벌루션층(CL), 완결연결층(FL) 및 출력층(OL)에서 사용되는 활성화함수는 시그모이드(Sigmoid), 하이퍼볼릭탄젠트(tanh: Hyperbolic tangent), ELU(Exponential Linear Unit), ReLU(Rectified Linear Unit), Leakly ReLU, Maxout, Minout, Softmax 등을 예시할 수 있다. 컨벌루션층(CL), 완결연결층(FL) 및 출력층(OL)에 이러한 활성화함수 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수 있다. Activation functions used in the above-described convolutional layer (CL), final connection layer (FL) and output layer (OL) are Sigmoid, Hyperbolic tangent (tanh), Exponential Linear Unit (ELU), and ReLU. (Rectified Linear Unit), Leakly ReLU, Maxout, Minout, Softmax, etc. may be exemplified. Any one of these activation functions may be selected and applied to the convolutional layer CL, the final connection layer FL, and the output layer OL.
다시, 도 7을 참조하면, 예측부(133)는 현 시점으로부터 기 설정된 시간 후의 마이크로그리드(MG)의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량을 예측하기 위한 것이다. 이를 위하여, 예측부(133)는 예측모델(FCM: Forecast Model)을 이용한다. 이러한 예측모델(FCM)을 이용한 예측부(133)의 예측 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Again, referring to FIG. 7 , the prediction unit 133 calculates the amount of power generated by the photovoltaic generator 200 of the microgrid (MG) after a preset time from the present time, the amount of storage of the
예측부(133)는 검증부(132)의 센서 데이터에 대한 무결성 검증에 성공하면, 검증부(132)로부터 센서 데이터를 입력받는다. 즉, 예측부(133)는 로라 통신을 통해 복수의 센서장치로부터 에너지저장장치(300), 태양광발전기(200) 및 로컬 부하(400)에 대한 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값 및 측정시간을 포함하는 센서 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 예측부(133)는 기상정보서버(500)로부터 통신부(110)를 통해 센서 데이터의 측정시간의 일기에 대한 일기 정보 및 현재 시점으로부터 기 설정된 시간 후인 예측하고자 하는 시간의 일기를 예측한 일기 예측 정보를 수신한다. When the verification unit 132 successfully verifies the integrity of the sensor data, the prediction unit 133 receives the sensor data from the verification unit 132 . That is, the prediction unit 133 measures power, current, and temperature of the
그런 다음, 예측부(133)는 센서 데이터 및 일기 정보로부터 전력생산벡터, 전력저장벡터, 전력소비벡터, 시간벡터 및 일기벡터를 포함하는 상태벡터를 생성하고, 일기 예측 정보로부터 예측일기벡터를 생성한다. 전력생산벡터는 태양광발전기(200)의 측정된 전력, 전류 및 온도를 나타내고, 전력저장벡터는 에너지저장장치(300)의 측정된 전력, 전류 및 온도를 나타내며, 전력소비벡터는 로컬 부하(400)의 측정된 전력, 전류 및 온도를 나타낸다. 시간벡터는 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정시간을 나타낸다. 일기벡터를 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정시간에 관측된 일기를 나타낸다. 그리고 예측일기벡터는 현재 시점으로부터 기 설정된 시간 후인 예측하고자 하는 시간의 예측된 일기를 나타낸다. Then, the prediction unit 133 generates a state vector including a power generation vector, a power storage vector, a power consumption vector, a time vector, and a weather vector from the sensor data and weather information, and generates a predicted diary vector from the weather prediction information. do. The power production vector represents the measured power, current and temperature of the photovoltaic generator 200 , the power storage vector represents the measured power, current and temperature of the
한편, 도 11을 참조하면, 예측모델(FCM)은 2개의 서브 네트워크(STN, EN)를 포함하며, 이는 상태전달망(STN) 및 예측망(FCN)을 포함한다. Meanwhile, referring to FIG. 11 , the prediction model (FCM) includes two sub-networks (STN and EN), which include a state transmission network (STN) and a prediction network (FCN).
상태전달망(STN)은 상태벡터를 입력받고, 상태벡터로부터 시간의 흐름 및 일기의 변화에 따른 해당 마이크로그리드의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하의 수요량(400)에 대한 상관 특징을 나타내는 상태특징벡터를 도출한다. The state transmission network (STN) receives a state vector, and from the state vector, the amount of power generated by the photovoltaic generator 200 of the corresponding microgrid according to the passage of time and the change of weather, the amount of storage of the
예측망(FCN)은 예측일기벡터 및 상태특징벡터를 입력받고, 기 설정된 시간 후의 마이크로그리드의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 상기 로컬 부하의 수요량을 예측한 예측결과벡터를 산출한다. The prediction network (FCN) receives the predicted weather vector and the state feature vector, and calculates the prediction result vector predicting the amount of power generation of the microgrid photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time. .
상태전달망(STN)은 RNN(Recurrent Neural Network), LTSM(Long Short-Term Memory) 등의 순환 신경망이 될 수 있다. 상태전달망(STN)은 입력층(RIL: Recurrent Input Layer), 은닉층(RHL: Recurrent Hidden Layer) 및 출력층(ROL: Recurrent Outpu Layer)을 포함한다. 이러한 상태전달망(STN)의 입력층(RIL), 은닉층(RHL) 및 출력층(ROL)은 복수의 스테이지(St)로 구분될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 상태전달망(STN)은 4개의 스테이지(S1 내지 S4)로 이루어진 것을 가정한다. The state transfer network (STN) may be a recurrent neural network such as a recurrent neural network (RNN) or a long short-term memory (LTSM). The state propagation network (STN) includes an input layer (RIL: Recurrent Input Layer), a hidden layer (RHL: Recurrent Hidden Layer), and an output layer (ROL: Recurrent Output Layer). The input layer RIL, the hidden layer RHL, and the output layer ROL of the state transmission network STN may be divided into a plurality of stages St. As shown in FIG. 12 , in the embodiment of the present invention, it is assumed that the state transmission network (STN) consists of four stages S1 to S4.
입력층(IL)은 스테이지(stage)의 수(예컨대, 4)에 해당하는 복수의 입력셀(IC1, IC2, IC3, IC4)을 포함한다. 복수의 입력셀(IC1, IC2, IC3, IC4) 각각은 스테이지 별로 예측부(133)에 의해 시간 순서에 따라 생성된 복수의 상태벡터(X1, X2, X3, X4)를 입력 받는다. The input layer IL includes a plurality of input cells IC1 , IC2 , IC3 , IC4 corresponding to the number of stages (eg, 4 ). Each of the plurality of input cells IC1 , IC2 , IC3 , and IC4 receives a plurality of state vectors X1 , X2 , X3 , and X4 generated in time order by the prediction unit 133 for each stage.
은닉층(HL)은 스테이지(stage)의 수에 해당하는 복수의 은닉셀(HC1, HC2, HC3, HC4)을 포함한다. 복수의 은닉셀(HC1, HC2, HC3, HC4) 각각은 이전 스테이지의 가중치가 적용되는 상태값과 현 스테이지의 가중치가 적용되는 입력값에 대해 연산을 수행하여 현 스테이지에 대응하는 상태값을 산출한다. The hidden layer HL includes a plurality of hidden cells HC1, HC2, HC3, and HC4 corresponding to the number of stages. Each of the plurality of hidden cells HC1, HC2, HC3, and HC4 calculates a state value corresponding to the current stage by performing an operation on the state value to which the weight of the previous stage is applied and the input value to which the weight of the current stage is applied. .
출력층(ROL)은 스테이지(stage)의 수에 해당하는 복수의 출력셀(OC1, OC2, OC3, OC4)을 포함할 수 있지만, 마지막 스테이지(S4)의 하나의 출력셀(OC4)만을 포함할 수도 있다. 출력층(ROL)은 은닉층(RHL)으로부터 가중치가 적용되는 상태값을 입력받고, 연산을 수행하여 출력값, 즉, 상태특징벡터를 산출한다. The output layer ROL may include a plurality of output cells OC1, OC2, OC3, and OC4 corresponding to the number of stages, but may include only one output cell OC4 of the last stage S4. have. The output layer ROL receives a state value to which a weight is applied from the hidden layer RHL, and calculates an output value, ie, a state feature vector.
도 13을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, t번째 스테이지(St)의 은닉셀(HCt)은 t번째 스테이지(St)의 입력셀(ICt)로부터 입력 가중치 Wx가 적용된 입력값 Xt을 입력받고, 이전 스테이지, 즉, t-1 번째 스테이지(St-1)의 은닉셀(HCt-1)로부터 상태가중치 Wht-1이 적용된 이전 스테이지의 상태값 Ht-1을 입력받고, 임계치 b를 적용하여 입력 가중치 Wx가 적용된 입력값 Xt과, 상태가중치 Wht-1이 적용된 이전 스테이지의 상태값 Ht-1에 대해 연산을 수행하여 현 스테이지의 상태값 Ht를 산출한다. 현 스테이지의 은닉셀(HCt)은 상태가중치 Wht를 적용하여 현 스테이지의 상태값 Ht를 다음 스테이지(St+1)로 전달할 수 있다. 또한, 현 스테이지의 은닉셀(HCt)은 출력가중치 Wyt를 적용하여 현 스테이지의 상태값 Ht를 현 스테이지의 출력셀(OCt)로 전달할 수 있다. 그러면, 현 스테이지의 출력셀(OCt)은 출력가중치 Wyt가 적용된 현 스테이지의 상태값 Ht에 대해 연산을 수행하여 현 스테이지의 출력값 Yt를 산출한다. 13, the hidden cell HCt of the t-th stage St receives the input value Xt to which the input weight Wx is applied from the input cell ICt of the t-th stage St, and The state value Ht-1 of the previous stage to which the state weight Wht-1 is applied is received from the hidden cell HCt-1 of the stage, that is, the t-1 th stage St-1, and the input weight Wx is applied by applying the threshold value b. The state value Ht of the current stage is calculated by performing an operation on the input value Xt to which is applied and the state value Ht-1 of the previous stage to which the state weight value Wht-1 is applied. The hidden cell HCt of the current stage may transmit the state value Ht of the current stage to the next stage St+1 by applying the state weight Wht. Also, the hidden cell HCt of the current stage may transmit the state value Ht of the current stage to the output cell OCt of the current stage by applying the output weight value Wyt. Then, the output cell OCt of the current stage calculates the output value Yt of the current stage by performing an operation on the state value Ht of the current stage to which the output weight value Wyt is applied.
상태전달망(STN)에서 연산은 활성화함수(Activation Function)를 적용한 연산을 의미한다. 활성화함수는 시그모이드(Sigmoid), 하이퍼볼릭탄젠트(tanh: Hyperbolic tangent), ELU(Exponential Linear Unit), ReLU(Rectified Linear Unit), Leakly ReLU, Maxout, Minout, Softmax 등을 예시할 수 있다. In the state transfer network (STN), an operation means an operation to which an activation function is applied. The activation function may be exemplified by Sigmoid, Hyperbolic tangent (tanh), Exponential Linear Unit (ELU), Rectified Linear Unit (ReLU), Leakly ReLU, Maxout, Minout, Softmax, and the like.
도 14를 참조하면, 예측망(FCN)은 순차로 입력층(forecast input layer: FIL), 컨벌루션층(forecast convolution layer: FCL), 풀링층(forecast pooling layer: FPL), 완전연결층(forecast fully-connected layer: FFL) 및 출력층(forecast output layer: FOL)을 포함한다. 여기서, 컨볼루션층(FCL), 풀링층(FPL) 및 완전연결층(FFL) 각각은 2 이상이 될 수도 있다. 컨볼루션층(FCL) 및 풀링층(FPL)은 적어도 하나의 특징맵(FM: Feature Map)으로 구성된다. 특징맵(FM)은 이전 계층의 연산 결과에 대해 가중치 및 임계치를 적용한 값을 입력받고, 입력받은 값에 대한 연산을 수행한 결과로 도출된다. 이러한 가중치는 소정 크기의 가중치 행렬인 필터 혹은 커널(W)을 통해 적용된다. 본 발명의 실시예에서 컨볼루션층(FCL)의 컨벌루션 연산은 제1 필터(W1)가 사용되며, 풀링층(FPL)의 풀링 연산은 제2 필터(W2)가 사용된다. 14 , the prediction network (FCN) sequentially includes an input layer (forecast input layer: FIL), a convolution layer (forecast convolution layer: FCL), a pooling layer (forecast pooling layer: FPL), and a fully connected layer (forecast fully). -connected layer: FFL) and output layer (forecast output layer: FOL). Here, each of the convolution layer FCL, the pooling layer FPL, and the fully connected layer FFL may be two or more. The convolution layer FCL and the pooling layer FPL include at least one feature map (FM). The feature map FM is derived as a result of receiving a value applied with a weight and a threshold to the operation result of the previous layer, and performing an operation on the input value. These weights are applied through a filter or kernel W, which is a weight matrix of a predetermined size. In the embodiment of the present invention, the first filter W1 is used for the convolution operation of the convolutional layer FCL, and the second filter W2 is used for the pooling operation of the pooling layer FPL.
입력층(FIL)에 예측일기벡터 및 상태특징벡터를 포함하는 상태입력벡터(SIV)가 입력되면, 컨볼루션층(FCL)은 입력층(FIL)의 상태입력벡터(SIV)에 대해 제1 필터(W1)를 이용한 컨벌루션(convolution) 연산 및 활성화함수에 의한 연산을 수행하여 적어도 하나의 제1 특징맵(FM1)을 도출한다. 이어서, 풀링층(FPL)은 컨볼루션층(FCL)의 적어도 하나의 제1 특징맵(FM1)에 대해 제2 필터(W2)를 이용한 풀링(pooling 또는 sub-sampling) 연산을 수행하여 적어도 하나의 제2 특징맵(FM2)을 도출한다. When the state input vector SIV including the predicted diary vector and the state feature vector is input to the input layer FIL, the convolution layer FCL performs a first filter on the state input vector SIV of the input layer FIL. At least one first feature map FM1 is derived by performing a convolution operation using (W1) and an operation by an activation function. Next, the pooling layer FPL performs a pooling or sub-sampling operation using the second filter W2 on at least one first feature map FM1 of the convolution layer FCL to obtain at least one A second feature map FM2 is derived.
완결연결층(FFL)은 복수의 연산노드(D1 내지 Dn)로 이루어진다. 완결연결층(FFL)의 복수의 연산노드(D1 내지 Dn)는 풀링층(FPL)의 적어도 하나의 제2 특징맵(FM2)에 대해 활성화함수에 의한 연산을 통해 복수의 연산값을 산출한다. The final connection layer FFL includes a plurality of operation nodes D1 to Dn. The plurality of operation nodes D1 to Dn of the final connection layer FFL calculates a plurality of operation values through an operation using an activation function with respect to at least one second feature map FM2 of the pooling layer FPL.
출력층(FOL)은 3개의 출력노드(O1, O2, O3)를 포함한다. 완전연결층(FFL)의 복수의 연산노드(D1 내지 Dn) 각각은 가중치(W: weight)를 가지는 채널(점선으로 표시)로 출력층(OL)의 출력노드(O1, O2, O3)와 연결된다. 다른 말로, 복수의 연산노드(D1 내지 Dn)의 복수의 연산노드값(d1, d2, d3, ..., dn)은 가중치가 적용되어 출력노드(O1, O2, O3)에 각각 입력된다. 이에 따라, 출력층(FOL)의 출력노드(O1, O2, O3)는 가중치가 적용된 복수의 연산노드값(d1, d2, d3, ..., dn)에 대해 활성화함수에 의한 연산을 통해 입력층(FIL)으로 입력된 상태입력벡터에 대응하여 기 설정된 시간 후의 해당 마이크로그리드(MG)의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량을 예측하는 출력값을 산출한다. 출력층(FOL)의 3개의 출력노드(O1, O2, O3) 각각은 기 설정된 시간 후의 해당 마이크로그리드(MG)의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량에 대응한다. 즉, 제1 출력노드(O1)의 출력값은 예측된 태양광발전기(200)의 발전량이고, 제2 출력노드(O2)의 출력값은 예측된 에너지저장장치(300)의 저장량이며, 제3 출력노드(O3)의 출력값은 예측된 로컬 부하(400)의 수요량이다. The output layer FOL includes three output nodes O1, O2, and O3. Each of the plurality of operation nodes D1 to Dn of the fully connected layer FFL is connected to the output nodes O1, O2, and O3 of the output layer OL through a channel (indicated by a dotted line) having a weight (W). . In other words, the plurality of operation node values d1, d2, d3, ..., dn of the plurality of operation nodes D1 to Dn are weighted and input to the output nodes O1, O2, O3, respectively. Accordingly, the output nodes O1, O2, and O3 of the output layer FOL are calculated by the activation function for a plurality of operation node values d1, d2, d3, ..., dn to which weights are applied. In response to the state input vector input as (FIL), the power generation amount of the photovoltaic generator 200 of the corresponding microgrid (MG) after a preset time, the storage amount of the
예컨대, 출력노드(O1, O2, O3) 각각은 복수의 연산노드값(e1, e2, e3, ..., en) 각각에 가중치 w=[w1, w2, … , wn]를 적용한 후, 그 결과에 활성화함수 F를 취하여 출력값을 산출한다. 전술한 컨벌루션층(CL), 완결연결층(FL) 및 출력층(OL)에서 사용되는 활성화함수는 시그모이드(Sigmoid), 하이퍼볼릭탄젠트(tanh: Hyperbolic tangent), ELU(Exponential Linear Unit), ReLU(Rectified Linear Unit), Leakly ReLU, Maxout, Minout, Softmax 등을 예시할 수 있다. 컨벌루션층(CL), 완결연결층(FL) 및 출력층(OL)에 이러한 활성화함수 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수 있다. For example, each of the output nodes O1, O2, O3 has a weight w=[w1, w2, ... , wn] is applied, and the output value is calculated by taking the activation function F on the result. Activation functions used in the above-described convolutional layer (CL), final connection layer (FL) and output layer (OL) are Sigmoid, Hyperbolic tangent (tanh), Exponential Linear Unit (ELU), and ReLU. (Rectified Linear Unit), Leakly ReLU, Maxout, Minout, Softmax, etc. may be exemplified. Any one of these activation functions may be selected and applied to the convolutional layer CL, the final connection layer FL, and the output layer OL.
다시, 도 7을 참조하면, 관리부(135)는 예측부(133)가 예측모델(FCM)을 통해 예측한 해당 마이크로그리드(MG)의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량에 따라 복수의 마이크로그리드 각각의 기 설정된 시간 후의 전력량의 여분 또는 부족분을 도출한다. 이에 따라, 관리부(135)는 해당하는 에너지저장장치(300)로 도출된 전력량의 여분 또는 부족분에 따라 전력량의 여분을 공급하고, 전력량의 부족분을 수급하도록 제어하는 제어 메시지를 전송한다. Again, referring to FIG. 7 , the management unit 135 determines the amount of power generated by the photovoltaic generator 200 of the corresponding microgrid MG predicted by the prediction unit 133 through the prediction model FCM, and the
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 검증모델(VM)을 학습시키는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 검증모델(VM)을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 검증모델(VM)을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 벡터공간의 예이다. Next, a method for training a verification model (VM) according to an embodiment of the present invention will be described. 15 is a flowchart illustrating a method of training a verification model (VM) according to an embodiment of the present invention. 16 is an example of a vector space for explaining a method of training a verification model (VM) according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 학습부(134)는 S110 단계에서 학습 데이터, 예컨대, 제1 내지 제5 센서데이터벡터(SV1, SV2, SV3, SV4, SV5)를 연결한 학습용 입력벡터(IV=[SV1, SV2, SV3, SV4, SV5])를 마련한다. 학습용 입력벡터는 제1 내지 제5 센서데이터벡터(SV1, SV2, SV3, SV4, SV5)의 기초가 되는 센서 데이터 모두가 동일한 마이크로그리드 내의 복수의 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 동일한 리포트 프레임 내에서 전송한 센서 데이터인지 여부가 알려진 데이터이다. 15 , the
이와 같은, 학습용 입력벡터(IV)가 마련되면, 학습부(134)는 다음의 수학식 1과 같은 손실함수를 이용하여 학습을 수행한다. When such a learning input vector IV is prepared, the
수학식 1에서 Eintergrity는 무결성을 판별하기 위한 손실함수를 나타낸다. oi는 검증모델(VM)의 출력층(VOL)의 출력값이고, zi는 검증모델(VM)의 출력층(VOL)의 출력값에 대응하는 분류 레이블이다. eij는 검증모델(VM)의 완전연결층(VFL)의 연산노드값이고, hij는 완전연결층(VFL)의 연산값에 대응하는 은닉 레이블이다. i는 출력층의 출력노드(O1, O2)에 대응하는 인덱스이고(1, 2), j는 완전연결층(VFL)의 연산노드(E1~En)에 대응하는 인덱스이다(1~n). 그리고 는 하이퍼파라미터를 나타낸다. In
학습부(134)는 S120 단계에서 분류 손실 최적화를 위한 설정을 수행한다. 이때, 학습부(134)는 하이퍼파라미터 및 분류 레이블을 설정한다. 이러한 S320 단계에서 학습부(134)는 하이퍼파라미터 는 0으로 설정한다. 이에 따라, 분류 손실을 최적화하는 학습에서 수학식 1의 손실함수는 다음의 수학식 2와 같다. The
또한, S120 단계에서 학습부(134)는 분류 레이블을 설정한다. 센서 데이터 모두가 동일한 마이크로그리드 내의 복수의 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 동일한 리포트 프레임 내에서 전송한 센서 데이터인 경우, 제1 출력노드(O1) 성공(success) 및 제2 출력노드(O2) 실패(failure)에 대응하여 분류 레이블 [1, 0]을 부여한다. 반면, 센서 데이터 모두가 동일한 마이크로그리드 내의 복수의 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 동일한 리포트 프레임 내에서 전송한 센서 데이터가 아닌 경우, 제1 출력노드(O1) 성공(success) 및 제2 출력노드(O2) 실패(failure)에 대응하여 분류 레이블 [0, 1]을 부여한다. Also, in step S120 , the
전술한 바와 같이 하이퍼파라미터 및 분류 레이블이 설정되면, 학습부(134)는 S130 단계에서 분류 손실을 최적화하는 학습을 수행한다. 이때, 학습부(134)는 검증모델(VM)에 학습용 입력벡터를 입력한다. 그러면, 검증모델(VM)은 학습용 입력벡터에 대해 복수의 계층 간 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 출력값을 산출한다. 그러면, 학습부(134)는 하이퍼파라미터가 0으로 설정된 수학식 2와 같은 손실함수를 이용하여 앞서 설정된 분류 레이블과 출력층(VOL)의 출력값의 차이를 나타내는 수학식 2의 손실함수의 분류 손실이 최소가 되도록 검증모델(VM)의 파라미터를 수정하는 분류 손실 최적화를 수행한다. When the hyperparameter and the classification label are set as described above, the
이러한 분류 손실 최적화는 복수의 서로 다른 학습용 입력벡터를 이용하여 반복하여 수행되며, 이러한 반복은 평가 지표를 통해 원하는 정확도에 도달할 때까지 이루어질 수 있다. This classification loss optimization is iteratively performed using a plurality of different input vectors for learning, and such repetition may be performed until a desired accuracy is reached through an evaluation index.
전술한 바와 같은 분류 손실 최적화에 따른 학습이 완료되면, 학습부(134)는 S140 단계에서 검증모델(VM)의 분류 대상 클래스 별로 은닉벡터 중 대표벡터를 선택한다. 대표벡터를 선택하는 방법은 다음과 같다. When the learning according to the classification loss optimization as described above is completed, the
앞서(S130) 사용된 학습용 입력벡터를 분류 손실 최적화가 이루어진 검증모델(VM)에 다시 입력하여 검증모델(VM)의 완전연결층(VFL)의 연산노드값인 은닉벡터를 도출한다. 즉, 은닉벡터는 E[e1, e2, e3, …, en]이다. 학습부(134)는 복수의 은닉벡터를 소정의 벡터공간에 임베딩한다. 도 16 (A)에 소정의 벡터공간에 복수의 은닉벡터가 임베딩된 예를 도시하였다. 기본적으로, 분류 손실 최적화에 의해 벡터공간 상에서 분류선(DLINE)에 의해 복수의 은닉벡터 각 클래스별로 어느 정도의 구분이 이루어진다. 여기서, 분류 대상인 클래스는 무결성검증 결과가 성공(success)인 클래스1(CLASS1) 및 무결성검증결과가 실패(failure)인 클래스2(CLASS2)를 포함한다. The hidden vector, which is the operation node value of the fully connected layer (VFL) of the verification model VM, is derived by re-inputting the training input vector used above (S130) into the verification model VM on which the classification loss optimization is made. That is, the hidden vector is E[e1, e2, e3, ... , en]. The
즉, 도 13의 (A)에서 클래스1(CLASS1)은 무결성검증 결과가 성공(success)인 것을 나타내며, 클래스2(CLASS2)는 무결성검증결과가 실패(failure)인 것을 나타낸다. 학습부(134)는 이러한 벡터 공간에 임베딩된 복수의 은닉벡터 중 각 클래스 별로 대표벡터를 선정할 수 있다. 대표벡터는 13의 (A)에 도시된 바와 같이, 동일한 클래스 내의 은닉벡터 중 중간값을 선정하는 것이 바람직하다. That is, in FIG. 13A , class 1 (CLASS1) indicates that the integrity verification result is success, and class 2 (CLASS2) indicates that the integrity verification result is failure. The
다음으로, 학습부(134)는 S150 단계에서 복합 손실 최적화를 위한 설정을 수행한다. 이때, 학습부(134)는 하이퍼파라미터, 분류 레이블 및 은닉 레이블을 설정한다. 이러한 S150 단계에서 학습부(134)는 하이퍼파라미터 는 0.5로 설정한다. 이에 따라, 분류 손실을 최적화하는 학습에서 수학식 1의 손실함수는 다음의 수학식 3과 같다. Next, the
또한, S350 단계에서 학습부(134)는 분류 레이블 및 은닉 레이블을 설정한다. 분류 레이블의 설정은, S120 단계와 동일하게 센서 데이터 모두가 동일한 마이크로그리드 내의 복수의 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 동일한 리포트 프레임 내에서 전송한 센서 데이터인 경우, 제1 출력노드(O1) 성공(success) 및 제2 출력노드(O2) 실패(failure)에 대응하여 분류 레이블 [1, 0]을 부여한다. 반면, 센서 데이터 모두가 동일한 마이크로그리드 내의 복수의 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)가 동일한 리포트 프레임 내에서 전송한 센서 데이터가 아닌 경우, 제1 출력노드(O1) 성공(success) 및 제2 출력노드(O2) 실패(failure)에 대응하여 분류 레이블 [0, 1]을 부여한다. 은닉 레이블의 설정은, 앞서(S140) 선정한 대표벡터를 이용한다. 이에 따라, 각 클래스별로 대표벡터가 은닉 레이블로 설정된다. Also, in step S350 , the
전술한 바와 같이 하이퍼파라미터, 분류 레이블 및 은닉 레이블이 설정되면, 전술한 바와 같이 파라미터가 설정되면, 학습부(134)는 S160 단계에서 복합 손실을 최적화하는 학습을 수행한다. 이때, 학습부(134)는 검증모델(VM)에 학습용 입력벡터를 입력한다. When the hyperparameter, classification label, and hidden label are set as described above, when the parameter is set as described above, the
그러면, 검증모델(VM)은 학습용 입력벡터에 대해 복수의 계층 간 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 은닉벡터 및 출력값을 산출한다. 그러면, 학습부(134)는 하이퍼파라미터가 0.5로 설정된 수학식 3과 같은 손실함수를 이용하여 수학식 3의 손실함수의 복합 손실이 최소가 되도록 정규 모델의 파라미터를 수정하는 복합 손실 최적화를 수행한다. 이러한 복합 손실은 분류 레이블과 출력층의 출력값의 차이를 나타내는 분류 손실 및 은닉 벡터와 대표 벡터와의 차이를 나타내는 은닉 손실을 포함한다. 이러한 복합 손실 최적화는 복수의 서로 다른 학습용 초음파 영상을 이용하여 반복하여 수행되며, 이러한 반복은 평가 지표를 통해 원하는 정확도에 도달할 때까지 이루어질 수 있다. Then, the verification model (VM) calculates a hidden vector and an output value through a plurality of operations in which a plurality of inter-layer weights are applied to an input vector for learning. Then, the
이러한 복합 손실에 의한 학습이 완료되면, 벡터 공간 상의 복수의 은닉벡터는 도 13의 (B)와 같이 분류될 수 있다. 즉, 복수의 은닉벡터는 벡터 공간 상에서 대표 벡터를 향하여 이동된다. 이에 따라, 클래스 별 구분이 보다 명확해짐을 알 수 있다. 즉, 복합 손실에 의한 학습에 의해 검증모델(VM)의 분류 성능이 향상될 수 있다. When the learning by the complex loss is completed, a plurality of hidden vectors in the vector space may be classified as shown in FIG. 13B. That is, the plurality of hidden vectors are moved toward the representative vector in the vector space. Accordingly, it can be seen that the classification for each class becomes clearer. That is, the classification performance of the verification model (VM) may be improved by learning by complex loss.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 예측모델(FCM)을 학습시키는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 예측모델(FCM)을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Next, a method for learning a predictive model (FCM) according to an embodiment of the present invention will be described. 17 is a flowchart illustrating a method for learning a predictive model (FCM) according to an embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 학습부(134)는 S210 단계에서 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터를 학습 데이터로 마련한다. 여기서, 학습 데이터는 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량이 알려진 데이터이다. 학습용 복수의 상태벡터는 시간 순서에 따라 정렬되며, 그 수는 상태전달망(STN)의 스테이지의 길이와 같다. 예컨대, 도 12와 같은 상태전달망(STN)의 경우, 학습용으로 시간 순서대로 정렬된 4개의 상태벡터가 마련된다. 마련된 각각의 상태벡터는 센서 데이터 및 일기 정보로부터 생성된 전력생산벡터, 전력저장벡터, 전력소비벡터, 시간벡터 및 일기벡터를 포함한다. 또한, 학습용으로 마련된 예측일기벡터는 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 일기로부터 생성된다. 여기서, 학습용으로 마련된 예측일기벡터의 경우, 학습 시점 보다 지난 시점의 일기를 그대로 사용함을 유의하여야 한다. 즉, 학습 시점이 T라면, 예측일기벡터의 시점은 T-t1이고, 첫 번째 순번의 상태벡터의 시점은 T-t1-t2(T, t1, t2는 모두 양수)이다. Referring to FIG. 17 , the
다음으로, 학습부(134)는 S220 단계에서 학습 데이터에 대해 예측 레이블을 설정한다. 설정되는 예측 레이블은 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량이다. Next, the
다음으로, 학습부(134)는 S230 단계에서 학습 데이터, 즉, 시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터와 예측일기벡터를 예측모델(FCM)에 입력한다. 그러면, 예측모델(FCM)은 S240 단계에서 입력된 시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터와 예측일기벡터에 대해 예측모델(FCM)의 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량의 예측값을 나타내는 출력값을 산출한다. 보다 구체적으로 설명하면, 예측모델(FCM)의 상태전달망(STN)은 학습 데이터 중 시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지(예컨대, S1~S4)의 복수의 계층(RIL, RHL, ROL)의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상태특징벡터를 산출하고, 예측모델(FCM)의 예측망(FCN)은 상태전달망(STN)이 산출한 상태특징벡터 및 학습용 예측일기벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층(FIL, FCL, FPL, FFL, FOL)의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 출력값을 산출한다. 여기서, 출력값은 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량의 예측값이다. Next, the
다음으로, 학습부(134)는 S250 단계에서 다음의 수학식 4와 같은 손실함수를 이용하여 앞서 설정된 예측 레이블과 출력층의 출력값의 차이인 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델(FCM)의 가중치를 수정하는 예측 손실 최적화를 수행한다. Next, the
수학식 4에서 Eforecast는 수요 예측에 대한 손실함수를 나타낸다. R은 출력층(FOL)의 출력값이고, L은 출력층(FOL)의 출력값에 대응하는 예측 레이블이다. i는 출력층(FOL)의 출력노드에 대응하는 인덱스이다. 손실함수 Eforecast의 첫 번째 텀(term)은 L1-norm 손실이며, 두 번째 텀은 SSIM(Structural Similarity Index)을 나타낸다. 예측모델(FCM)의 입력 및 출력은 시간 순서를 가지며, 2차원의 위치 정보를 가지기 때문에 SSIM을 통해 순서 및 위치의 왜곡을 보정할 수 있다. In Equation 4, Eforecast represents a loss function for demand forecasting. R is an output value of the output layer FOL, and L is a prediction label corresponding to an output value of the output layer FOL. i is an index corresponding to an output node of the output layer FOL. The first term of the loss function eforecast is the L1-norm loss, and the second term indicates the Structural Similarity Index (SSIM). Since the input and output of the predictive model (FCM) have temporal order and two-dimensional position information, the distortion of order and position can be corrected through SSIM.
즉, 학습부(134)는 앞서 설정된 예측 레이블과 출력층의 출력값의 차이를 나타내는 수학식 4의 손실함수의 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델(FCM)의 가중치를 수정하는 예측 손실 최적화를 수행한다. That is, the
전술한 S210 단계 내지 S250 단계의 예측 손실 최적화는 복수의 서로 다른 학습용의 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터를 이용하여 반복하여 수행되며, 이러한 반복은 평가 지표를 통해 원하는 정확도에 도달할 때까지 이루어질 수 있다. The prediction loss optimization of steps S210 to S250 described above is repeatedly performed using a plurality of different state vectors and prediction diary vectors for learning, and this iteration can be made until the desired accuracy is reached through the evaluation index. have.
전술한 바와 같이 학습이 완료된 후, 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신을 통해 수신되는 태양광 발전에 대한 센서 데이터를 인증하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 로라 통신을 통해 수신되는 태양광 발전에 대한 센서 데이터를 관리하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. After the learning is completed as described above, a method of authenticating sensor data for photovoltaic power received through LoRa communication according to an embodiment of the present invention will be described. 18 is a flowchart illustrating a method of managing sensor data for photovoltaic power received through LoRa communication according to an embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 에너지관리장치(100)의 등록부(131)는 S310 단계에서 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 각각에 대해 소정 주기로 반복되는 리포트 프레임(P1, P2, ..., Pn)을 할당한 상태이다. 이러한 상태에서, 등록부(131)는 S320 단계에서 통신부(110)를 통해 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 중 어느 하나에 속한 어느 하나의 센서장치(10)로부터 등록을 요청하는 등록요청메시지를 수신할 수 있다. 그러면, 등록부(131)는 도 8에 도시된 바와 같이, 센서장치(10)에 대해 복수의 마이크로그리드(MG: MG1, MG2, ..., MGn) 중 해당 마이크로그리드(MG)에 할당된 리포트 프레임(예컨대, P3) 내에서 어느 하나의 서브 리포트 프레임(S1, S2, S3, S4, S5 중 하나)을 할당한다. 그런 다음, 등록부(131)는 통신부(110)를 통해 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 지시자와 함께 등록응답 메시지를 해당하는 센서장치(10)로 전송할 수 있다. Referring to FIG. 18 , the
전술한 등록이 완료된 후, 센서장치(10)는 S350 단계에서 태양광발전기(200), 에너지저장장치(300) 및 로컬 부하(400)에 대한 전력, 전류 및 온도 등을 측정하여 센서 데이터를 생성하고, 로라 통신을 통해 센서 데이터를 전송할 수 있다. After the above-described registration is completed, the
그러면, 검증부(132)는 S360 단계에서 통신부(110)를 통해 센서장치(10)로부터 센서 데이터를 포함하는 리포트 메시지를 수신하면, S370 단계에서 센서 데이터의 무결성을 1차로 인증한다. 즉, 검증부(132)는 리포트 메시지를 수신한 리포트 프레임(P) 및 서브 리포트 프레임(S)과, 센서장치(10)가 속한 마이크로그리드(MG)에 할당된 리포트 프레임(P) 및 센서장치(10)에 할당된 서브 리포트 프레임(S)이 동일한지 여부를 확인한다. 이러한 확인에 따라 리포트 메시지를 수신한 리포트 프레임(P) 및 서브 리포트 프레임(S)과, 센서장치(10)가 속한 마이크로그리드(MG)에 할당된 리포트 프레임(P) 및 센서장치(10)에 할당된 서브 리포트 프레임(S)이 동일하면, 1차 인증을 완료한다. Then, when the verification unit 132 receives the report message including the sensor data from the
1차 인증이 성공되면, 검증부(132)는 S380 단계에서 2차 인증을 수행한다. 2차 인증 시, 검증부(132)는 센서장치(10)의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임으로 수신된 다른 센서장치의 센서 데이터를 비교하여 수신된 센서 데이터의 무결성을 인증한다. 이때, 검증부(132)는 검증모델(VM)을 통해 센서 데이터의 무결성을 검증한다. 이러한 S380 단계에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. If the primary authentication is successful, the verification unit 132 performs secondary authentication in step S380. In the second authentication, the verification unit 132 authenticates the integrity of the received sensor data by comparing the sensor data of the
우선, 검증부(132)는 검증 대상 센서장치(10)의 센서 데이터와, 검증 대상 센서장치(10)의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임으로 수신된 다른 센서장치(10)의 센서 데이터 각각으로부터 소정의 특징을 검출하여 복수의 센서데이터벡터를 생성한다. 여기서, 센서데이터벡터는 센서장치(10)가 속한 마이크로그리드에 할당된 리포트 프레임을 나타내는 프레임벡터, 센서장치(10)에 할당된 서브 리포트 프레임을 나타내는 서브프레임벡터, 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 시간을 나타내는 시간벡터 및 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값을 나타내는 측정벡터를 포함한다. 일례로, 도 2 및 도 8을 참조하면, 제3 마이크로그리드(MG3)는 제1 내지 제5 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)를 포함하며, 검증 대상은 제4 센서장치(10d)라고 가정한다. 또한, 제3 마이크로그리드(MG3)에 제3 리포트프레임(P3)이 할당되었다고 가정한다. 또한, 검증 대상인 제4 센서장치(10d)는 제3 서브 리포트 프레임(S3)이 할당되었다고 가정한다. 검증부(132)는 검증 대상인 제4 센서장치(10d)의 센서 데이터와, 검증 대상인 제4 센서장치(10d)의 센서 데이터와 동일한 리포트 프레임인 제3 리포트프레임(P3)으로 수신된 제1, 제2, 제3 및 제5 센서장치(10a, 10b, 10c, 10e)의 센서 데이터 각각으로부터 소정의 특징을 검출하여 센서데이터벡터를 생성한다. 결국, 검증부(132)는 제3 리포트프레임(P3)을 통해 수신된 제1 내지 제5 센서장치(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)의 센서 데이터 각각으로부터 센서데이터벡터, 즉, 제1 내지 제5 센서데이터벡터(SV1, SV2, SV3, SV4, SV5)를 도출한다. 그런 다음, 제1 내지 제5 센서데이터벡터를 연결하여 입력벡터(IV)를 생성한다. First, the verification unit 132 receives a predetermined value from each of the sensor data of the verification
검증부(132)는 검증모델(VM)에 입력벡터(예컨대, IV=[SV1, SV2, SV3, SV4, SV5])를 입력한다. 그러면, 검증모델(VM)은 입력벡터에 대해 복수의 계층(VIL, VCL, VPL, VFL, VOL) 간 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 출력값을 산출한다. 예컨대, 검증모델(VM) 출력층(VOL)의 제1 및 제2 출력노드(O1, O2)의 각각의 출력값이 각각 0.864, 0.136이면, 검증 대상 센서 데이터가 무결성 인증에 성공할 확률이 86%이고, 검증 대상 센서 데이터가 무결성 검증에 실패할 확률이 14%임을 나타낸다. 검증모델(VM)이 확률(0.086, 0.914)을 출력하면, 검증부(132)는 이러한 확률(0.086, 0.914)에 따라 인증 대상 센서 데이터가 무결성 검증에 성공한 것으로 판단할 수 있다. The verification unit 132 inputs an input vector (eg, IV=[SV1, SV2, SV3, SV4, SV5]) to the verification model VM. Then, the verification model VM calculates an output value through a plurality of operations to which the weights learned among the plurality of layers (VIL, VCL, VPL, VFL, VOL) are applied with respect to the input vector. For example, if the respective output values of the first and second output nodes O1 and O2 of the verification model (VM) output layer (VOL) are 0.864 and 0.136, respectively, the probability that the sensor data to be verified will succeed in integrity authentication is 86%, It indicates that the probability that the sensor data to be verified will fail integrity verification is 14%. When the verification model VM outputs probabilities (0.086, 0.914), the verification unit 132 may determine that the authentication target sensor data has succeeded in integrity verification according to these probabilities (0.086, 0.914).
만약, 2차 인증에 성공하면, 검증부(132)는 S390 단계에서 해당 데이터를 저장하고, 필요한 경우, 예측부(133)에 제공한다. 반면, 2차 인증에 실패하면, 검증부(132)는 인증 실패를 리턴한다. If the second authentication is successful, the verification unit 132 stores the corresponding data in step S390 and, if necessary, provides it to the prediction unit 133 . On the other hand, if the secondary authentication fails, the verification unit 132 returns authentication failure.
한편, 본 발명은 인증된 센서 데이터를 통해 기 설정된 시간 후의 수요를 예측할 수 있다. 이러한 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 19는 로라 통신을 수행하는 센서장치를 이용한 태양광 발전에 대한 수요 예측을 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Meanwhile, according to the present invention, the demand after a preset time can be predicted through the authenticated sensor data. These methods will be described. 19 is a flowchart illustrating a method for predicting a demand for solar power generation using a sensor device performing LoRa communication.
도 19를 참조하면, 에너지관리서버(100)의 예측부(133)는 S410 단계에서 검증부(132)로부터 복수의 마이크로그리드(MG) 별로 구분하여 무결성이 인증된 복수의 센서 데이터를 지속적으로 입력받는다. 다른 말로, 예측부(133)는 로라 통신을 통해 통신부(110)가 복수의 센서장치(10)로부터 수신한 복수의 센서 데이터를 지속적으로 입력받을 수 있다. 이러한 센서 데이터는 에너지저장장치(300), 태양광발전기(200) 및 로컬 부하(400)에 대한 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값 및 측정시간을 포함한다. Referring to FIG. 19 , the prediction unit 133 of the
또한, 예측부(133)는 S420 단계에서 기상정보서버(500)로부터 통신부(110)를 통해 지속적으로 입력되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간의 일기에 대한 일기 정보 및 지속적으로 입력되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기인 일기 예측 정보를 수신한다. In addition, the prediction unit 133 is a plurality of sensor data continuously input from the
그런 다음, 예측부(133)는 S430 단계에서 복수의 센서 데이터 및 일기 정보로부터 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터를 생성하고, 생성된 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기인 일기 예측 정보로부터 예측일기벡터를 생성한다. 복수의 상태벡터 각각은 전력생산벡터, 전력저장벡터, 전력소비벡터, 시간벡터 및 일기벡터를 포함한다. 여기서, 전력생산벡터는 태양광발전기(200)의 측정된 전력, 전류 및 온도를 나타내고, 전력저장벡터는 에너지저장장치(300)의 측정된 전력, 전류 및 온도를 나타내며, 전력소비벡터는 로컬 부하(400)의 측정된 전력, 전류 및 온도를 나타낸다. 시간벡터는 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정시간을 나타낸다. 일기벡터를 센서장치(10)가 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정시간에 관측된 일기를 나타낸다. 그리고 예측일기벡터는 생성된 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기를 나타낸다. Then, the prediction unit 133 generates a plurality of state vectors arranged in chronological order from a plurality of sensor data and diary information in step S430, and the time of the first state vector in time among the plurality of generated state vectors A predicted diary vector is generated from weather prediction information that is a predicted diary after a preset time from the time indicated by the vector. Each of the plurality of state vectors includes a power generation vector, a power storage vector, a power consumption vector, a time vector, and a weather vector. Here, the power generation vector represents the measured power, current and temperature of the photovoltaic generator 200 , the power storage vector represents the measured power, current and temperature of the
다음으로, 예측부(133)는 S440 단계에서 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터를 예측모델(FCM)에 입력한다. 그러면, 예측모델(FCM)은 S450 단계에서 입력된 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터와 예측일기벡터에 대해 예측모델(FCM)의 복수의 서브넷(STN, FCN) 및 복수의 계층(RIL, RHL, ROL 및 FIL, FCL, FPL, FFL, FOL)의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량의 예측값을 나타내는 출력값을 산출한다. S450 단계에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 다음과 같다. Next, the prediction unit 133 inputs a plurality of state vectors and prediction diary vectors arranged in chronological order in step S440 to the prediction model (FCM). Then, the predictive model (FCM) has a plurality of subnets (STN, FCN) and a plurality of layers (RIL, RHL) of the predictive model (FCM) for the plurality of state vectors and the predictive diary vector arranged in the time order input in step S450. , ROL and FIL, FCL, FPL, FFL, FOL) through a plurality of operations to which the learned weights are applied, the sun after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector in time among the plurality of state vectors An output value representing the predicted value of the amount of power generation of the photovoltaic generator 200 , the storage amount of the
예측모델(FCM)의 상태전달망(STN)은 시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지(예컨대, S1~S4)의 복수의 계층(RIL, RHL, ROL)의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상태특징벡터를 산출한다. 상태특징벡터는 시간의 흐름 및 일기의 변화에 따른 해당 마이크로그리드의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하의 수요량(400)에 대한 상관 특징을 나타낸다. 이어서, 예측모델(FCM)의 예측망(FCN)은 상태전달망(STN)이 산출한 상태특징벡터 및 예측일기벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층(FIL, FCL, FPL, FFL, FOL)의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 출력값을 산출한다. 여기서, 출력값은 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량의 예측값을 나타낸다. The state transmission network (STN) of the predictive model (FCM) applies the learned weights of a plurality of layers (RIL, RHL, ROL) of a plurality of stages (eg, S1 to S4) for a plurality of state vectors arranged in time order. A state feature vector is calculated through a plurality of operations. The state feature vector represents the correlation characteristics with respect to the amount of power generation of the photovoltaic generator 200 of the corresponding microgrid, the storage amount of the
한편, 본 발명은 예측값을 기초로 수요 관리를 수행할 수 있다. 이러한 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 20은 로라 통신을 수행하는 센서장치를 이용한 태양광 발전에 대한 수요 관리를 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Meanwhile, the present invention may perform demand management based on the predicted value. These methods will be described. 20 is a flowchart illustrating a method for managing demand for solar power generation using a sensor device performing LoRa communication.
도 20을 참조하면, 복수의 마이크로그리드(MG) 별로 전술한 S410 단계 내지 S450 단계를 수행하면, 복수의 마이크로그리드(MG) 각각의 기 설정된 시간 후의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량의 예측값을 얻을 수 있다. 그러면, 관리부(135)는 S510 단계에서 예측부(133)가 예측모델(FCM)을 통해 예측한 복수의 마이크로그리드(MG)의 태양광발전기(200)의 발전량, 에너지저장장치(300)의 저장량 및 로컬 부하(400)의 수요량에 따라 복수의 마이크로그리드(MG) 각각의 기 설정된 시간 후의 전력량의 여분 또는 부족분을 도출한다. 즉, 관리부(135)는 예측된 발전량 및 저장량에서 예측된 수요량을 차감하여 여분 혹은 부족분을 도출한다. Referring to FIG. 20 , when steps S410 to S450 are performed for each of the plurality of microgrids (MG), the amount of power generated by the photovoltaic generator 200 after a preset time of each of the plurality of microgrids (MG), the energy storage device A predicted value of the storage amount of 300 and the demand amount of the
이에 따라, 관리부(135)는 S520 단계에서 통신부(110)를 통해 해당하는 마이크로그리드(MG)의 에너지저장장치(300)로 도출된 전력량의 여분 또는 부족분에 따라 전력량의 여분을 공급하고, 전력량의 부족분을 수급하도록 제어하는 제어 메시지를 전송한다. 이러한 관리부(135)의 제어 메시지에 따라 예측된 수요량 보다 예측된 발전량 및 저장량이 많아 여분이 있는 마이크로그리드(MG)의 에너지저장장치(300)가 예측된 수요량 보다 예측된 발전량 및 저장량이 작아 부족분이 있는 마이크로그리드(MG)의 에너지저장장치(300)로 전력을 제공한다. 특히, 관리부(135)의 제어 메시지에 따라 여분이 있는 마이크로그리드(MG)의 에너지저장장치(300)는 여분 내에서 부족분이 있는 마이크로그리드(MG)의 부족분이 단계적으로 보충되도록 공급되는 전력량을 분할하여 현 시점으로부터 예측된 시점까지 소정 주기로 해당 마이크로그리드(MG)의 에너지저장장치(300)에 제공한다. Accordingly, the management unit 135 supplies the excess of the amount of power according to the excess or the shortage of the amount of power derived to the
한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 와이어뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 와이어를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. Meanwhile, the above-described method according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of a program readable by various computer means and recorded in a computer readable recording medium. Here, the recording medium may include a program command, a data file, a data structure, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. For example, the recording medium includes magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floppy disks ( magneto-optical media) and hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions may include not only machine language wires such as those generated by a compiler, but also high-level language wires that can be executed by a computer using an interpreter or the like. Such hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다. Although the present invention has been described above using several preferred embodiments, these examples are illustrative and not restrictive. As such, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various changes and modifications can be made in accordance with the doctrine of equivalents without departing from the spirit of the present invention and the scope of rights set forth in the appended claims.
10: 계측기
20: 전력변환기
100: 에너지관리장치
200: 태양광발전기
300: 에너지저장장치
400: 부하
500: 기상정보서버 10: instrument
20: power converter
100: energy management device
200: photovoltaic generator
300: energy storage device
400: load
500: weather information server
Claims (10)
복수의 센서장치로부터 로라 통신을 통해 에너지저장장치, 태양광발전기 및 로컬 부하에 대한 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값 및 측정시간을 포함하는 복수의 센서 데이터를 지속적으로 수신하고,
기상정보서버로부터 지속적으로 수신되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간의 일기에 대한 일기 정보 및 지속적으로 입력되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기인 일기 예측 정보를 수신하는 통신부; 및
각각이 상기 측정값 및 측정시간과, 일기 정보를 기초로 생성된 상기 태양광발전기가 생산한 전력을 나타내는 전력생산벡터, 상기 에너지저장장치가 저장하는 전력을 나타내는 전력저장벡터, 상기 로컬 부하가 소비하는 전력을 나타내는 전력소비벡터, 상기 측정시간을 나타내는 시간벡터 및 상기 측정시간의 일기 정보를 나타내는 일기벡터를 포함하면서 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터를 생성하고,
상기 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기를 나타내는 예측일기벡터를 생성하고,
상기 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터에 대해 예측모델의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 상기 태양광발전기의 발전량, 상기 에너지저장장치의 저장량 및 상기 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 예측부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 장치. Demand for solar power generation based on weather forecast in a microgrid including an energy storage device for storing power produced by a photovoltaic generator, and a local load receiving power from at least one of the photovoltaic generator and the energy storage device A device for prediction, comprising:
Continuously receiving a plurality of sensor data including measurement values and measurement times of power, current and temperature for energy storage devices, photovoltaic generators and local loads through LoRa communication from a plurality of sensor devices,
A plurality of sensor data continuously received from the weather information server to receive diary information for each measurement time and weather forecast information, which is a diary predicted after a preset time from each measurement time of a plurality of sensor data continuously input communication department; and
A power generation vector representing the power generated by the photovoltaic generator, each of which is generated based on the measured value and measurement time, and weather information, a power storage vector representing the power stored by the energy storage device, and the consumption of the local load generating a plurality of state vectors arranged in chronological order while including a power consumption vector indicating the power to
generating a predicted diary vector indicating a predicted diary after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector of the plurality of state vectors in time;
From the time indicated by the time vector of the first state vector among the plurality of state vectors through a plurality of operations in which the learned weights of the plurality of layers of the predictive model are applied to the plurality of state vectors and the predictive diary vector a prediction unit for calculating predicted values of the amount of power generation of the photovoltaic generator after a set time, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load;
characterized in that it comprises
A device for forecasting demand.
상기 장치는
상기 예측부가 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량의 예측값을 산출하면,
상기 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량에 따라 상기 복수의 마이크로그리드 각각의 전력량의 여분 또는 부족분을 도출하고,
상기 통신부를 통해 해당하는 마이크로그리드의 에너지저장장치로 상기 도출된 전력량의 여분 또는 부족분에 따라 전력량의 여분을 공급하거나, 전력량의 부족분을 수급하도록 제어하는 제어 메시지를 전송하는 관리부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 장치. According to claim 1,
the device is
When the prediction unit calculates the predicted values of the power generation amount, the storage amount, and the demand amount of each of a plurality of microgrids,
Deriving an extra or insufficient amount of power of each of the plurality of microgrids according to the power generation amount, the storage amount and the demand amount of each of the plurality of microgrids,
a management unit for transmitting a control message for controlling to supply an excess amount of electric power to the energy storage device of a corresponding microgrid through the communication unit or to supply an excess amount of electric power according to the derived excess or shortage of electric energy;
characterized in that it further comprises
A device for forecasting demand.
상기 예측모델은
시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해
시간의 흐름 및 일기의 변화에 따른 마이크로그리드의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 상관 특징을 나타내는 상태특징벡터를 산출하는 상태전달망; 및
상기 예측일기벡터 및 상기 상태전달망이 산출한 상태특징벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해
복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 예측망;
을 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 장치. According to claim 1,
The predictive model is
Through a plurality of operations in which the learned weights of a plurality of layers of a plurality of stages are applied to a plurality of state vectors arranged in time order
a state transmission network that calculates a state feature vector representing a correlation characteristic with respect to the amount of power generation of the microgrid photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load according to the passage of time and the change of weather; and
A state input vector including the predicted diary vector and the state feature vector calculated by the state transmission network is received as input, and the learned weights of a plurality of layers are applied to the input state input vector through a plurality of operations.
a prediction network for calculating predicted values of the amount of power generation of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector of the plurality of state vectors;
characterized by comprising
A device for forecasting demand.
상기 장치는
시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터를 포함하는 학습 데이터로 마련하고,
학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량을 예측 레이블로 설정하고,
학습 데이터를 예측모델에 입력하고,
예측모델의 상태전달망이 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상태특징벡터를 산출하고, 예측모델의 예측망이 상기 상태특징벡터 및 상기 예측일기벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 예측값인 출력값을 산출하면,
상기 예측 레이블과 출력층의 출력값의 차이를 나타내는 손실함수의 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하는 예측 손실 최적화를 수행하는 학습부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 장치. According to claim 1,
the device is
Prepared with learning data including a plurality of state vectors and prediction diary vectors arranged in time order,
Set the generation amount of the photovoltaic generator after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector among the plurality of state vectors of the learning data, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load as a prediction label,
Input the training data to the predictive model,
The state transmission network of the predictive model calculates the state feature vector through a plurality of operations in which unlearned weights of a plurality of layers of a plurality of stages are applied to the plurality of state vectors, and the prediction network of the predictive model uses the state feature vector and A state input vector including the prediction diary vector is received, and a plurality of unlearned weights of a plurality of layers are applied to the input state input vector in a first order of a plurality of operations through a plurality of operations. When calculating the output value that is the predicted value for the amount of power generation of the photovoltaic generator, the amount of storage of the energy storage device, and the amount of demand of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the state vector,
a learning unit that performs prediction loss optimization by modifying the weight of the prediction model so that the prediction loss of the loss function representing the difference between the prediction label and the output value of the output layer is minimized;
characterized in that it further comprises
A device for forecasting demand.
상기 학습부는
수학식
를 이용하여 예측 레이블과 상기 출력값의 차이인 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하며,
상기 Eforecast는 손실함수이고,
상기 R은 상기 출력값이고,
상기 L은 상기 예측 레이블이고,
상기 i는 출력노드의 인덱스인 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 장치. 5. The method of claim 4,
the learning unit
formula
Correct the weight of the prediction model so that the prediction loss, which is the difference between the prediction label and the output value, is minimized using
The forecast is a loss function,
wherein R is the output value,
L is the prediction label,
wherein i is the index of the output node
A device for forecasting demand.
통신부가 복수의 센서장치로부터 로라 통신을 통해 에너지저장장치, 태양광발전기 및 로컬 부하에 대한 전력, 전류 및 온도를 측정한 측정값 및 측정시간을 포함하는 복수의 센서 데이터를 지속적으로 수신하는 단계;
상기 통신부가 기상정보서버로부터 지속적으로 수신되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간의 일기에 대한 일기 정보 및 지속적으로 입력되는 복수의 센서 데이터 각각의 측정시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기인 일기 예측 정보를 수신하는 단계;
예측부가 각각이 상기 측정값 및 측정시간과, 일기 정보를 기초로 생성된 상기 태양광발전기가 생산한 전력을 나타내는 전력생산벡터, 상기 에너지저장장치가 저장하는 전력을 나타내는 전력저장벡터, 상기 로컬 부하가 소비하는 전력을 나타내는 전력소비벡터, 상기 측정시간을 나타내는 시간벡터 및 상기 측정시간의 일기 정보를 나타내는 일기벡터를 포함하면서 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터를 생성하는 단계;
상기 예측부가 상기 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 예측된 일기를 나타내는 예측일기벡터를 생성하는 단계;
상기 예측부가 상기 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터에 대해 예측모델의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 상기 태양광발전기의 발전량, 상기 에너지저장장치의 저장량 및 상기 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 방법. Solar power using a weather prediction-based sensor device in a microgrid including an energy storage device for storing power generated by a photovoltaic generator, and a local load receiving power from at least one of the photovoltaic generator and the energy storage device A method for forecasting demand for power generation, the method comprising:
Continuously receiving, by a communication unit, a plurality of sensor data including measurement values and measurement times of power, current and temperature for an energy storage device, a photovoltaic generator, and a local load through LoRa communication from a plurality of sensor devices;
The communication unit is continuously received from the weather information server, weather information on the diary of each measurement time of the plurality of sensor data and the weather prediction information that is the predicted diary after a preset time from the measurement time of each of the plurality of sensor data continuously input receiving;
A power generation vector representing the power generated by the photovoltaic generator generated based on the measured value, the measuring time, and weather information, a power storage vector representing the power stored by the energy storage device, and the local load, respectively, by the prediction unit generating a plurality of state vectors arranged in chronological order while including a power consumption vector indicating the power consumed, a time vector indicating the measurement time, and a diary vector indicating diary information of the measurement time;
generating, by the prediction unit, a predicted diary vector indicating a predicted diary after a preset time from a time indicated by a time vector of a first state vector of a time sequence among the plurality of state vectors;
The time vector of the state vector of the first order in time among the plurality of state vectors through a plurality of operations in which the learned weights of a plurality of layers of a predictive model are applied to the plurality of state vectors and the prediction diary vector by the prediction unit calculating predicted values of the amount of power generation of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from time;
characterized by comprising
Methods for forecasting demand.
상기 예측값을 산출하는 단계 후,
상기 예측부가 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량의 예측값을 산출하면, 관리부가 상기 복수의 마이크로그리드 각각의 상기 발전량, 상기 저장량 및 상기 수요량에 따라 상기 복수의 마이크로그리드 각각의 전력량의 여분 또는 부족분을 도출하는 단계; 및
상기 관리부가 상기 통신부를 통해 해당하는 마이크로그리드의 에너지저장장치로 상기 도출된 전력량의 여분 또는 부족분에 따라 전력량의 여분을 공급하거나, 전력량의 부족분을 수급하도록 제어하는 제어 메시지를 전송하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 방법. 7. The method of claim 6,
After calculating the predicted value,
When the prediction unit calculates the predicted values of the generation amount, the storage amount, and the demand amount of each of the plurality of microgrids, the management unit the amount of power of each of the plurality of microgrids according to the generation amount, the storage amount, and the demand amount of each of the plurality of microgrids deriving an excess or deficiency of ; and
Transmitting, by the management unit, a control message for controlling to supply an excess of the amount of electric power to the energy storage device of the corresponding microgrid through the communication unit or to supply the excess amount of electric power according to the derived excess or deficiency of the amount of electric power;
characterized in that it further comprises
Methods for forecasting demand.
상기 예측값을 산출하는 단계는
상기 예측모델의 상태전달망이 시간 순서로 정렬된 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해
시간의 흐름 및 일기의 변화에 따른 마이크로그리드의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 상관 특징을 나타내는 상태특징벡터를 산출하는 단계; 및
상기 예측모델의 예측망이 상기 예측일기벡터 및 상기 상태전달망이 산출한 상태특징벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습된 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해
복수의 상태벡터 중 시간 상 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량의 예측값을 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 방법. 7. The method of claim 6,
The step of calculating the predicted value is
Through a plurality of operations in which the state transmission network of the predictive model applies the learned weights of a plurality of layers of a plurality of stages to a plurality of state vectors arranged in time order.
Calculating a state feature vector representing a correlation characteristic with respect to the amount of power generated by the photovoltaic generator of the microgrid according to the passage of time and the change of weather, the amount of storage of the energy storage device, and the amount of demand of a local load; and
The prediction network of the prediction model receives a state input vector including the prediction diary vector and the state feature vector calculated by the state transmission network, and applies the learned weights of a plurality of layers to the input state input vector. through calculation
Calculating predicted values of the amount of power generation of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector of the plurality of state vectors;
characterized in that it comprises
Methods for forecasting demand.
상기 복수의 센서 데이터를 지속적으로 수신하는 단계 전,
학습부가 시간 순으로 정렬된 복수의 상태벡터 및 예측일기벡터를 포함하는 학습 데이터로 마련하는 단계;
상기 학습부가 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량을 예측 레이블로 설정하는 단계;
상기 학습부가 학습 데이터를 예측모델에 입력하는 단계;
예측모델의 상태전달망이 복수의 상태벡터에 대해 복수의 스테이지의 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상태특징벡터를 산출하는 단계;
예측모델의 예측망이 상기 상태특징벡터 및 상기 예측일기벡터를 포함하는 상태입력벡터를 입력받고, 입력된 상태입력벡터에 대해 복수의 계층의 학습되지 않은 가중치가 적용되는 복수의 연산을 통해 상기 학습 데이터의 복수의 상태벡터 중 첫 번째 순번의 상태벡터의 시간벡터가 나타내는 시간으로부터 기 설정된 시간 후의 태양광발전기의 발전량, 에너지저장장치의 저장량 및 로컬 부하의 수요량에 대한 예측값인 출력값을 산출하는 단계;
상기 학습부가 상기 예측 레이블과 상기 출력값의 차이를 나타내는 손실함수의 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하는 예측 손실 최적화를 수행하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 방법. 7. The method of claim 6,
Before continuously receiving the plurality of sensor data,
Preparing, by the learning unit, learning data including a plurality of state vectors and prediction diary vectors arranged in chronological order;
The learning unit sets the amount of power generation of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector among the plurality of state vectors of the learning data, as a prediction label. step;
inputting the learning data into the predictive model by the learning unit;
calculating, by the state transmission network of the predictive model, a state feature vector through a plurality of operations in which unlearned weights of a plurality of layers of a plurality of stages are applied to a plurality of state vectors;
A prediction network of a predictive model receives a state input vector including the state feature vector and the predictive diary vector, and learns through a plurality of operations in which unlearned weights of a plurality of layers are applied to the input state input vector. Calculating an output value that is a predicted value for the amount of power generation of the photovoltaic generator, the storage amount of the energy storage device, and the demand amount of the local load after a preset time from the time indicated by the time vector of the first state vector among the plurality of state vectors of data;
performing prediction loss optimization in which the learning unit corrects the weight of the prediction model so that the prediction loss of the loss function representing the difference between the prediction label and the output value is minimized;
characterized in that it further comprises
Methods for forecasting demand.
상기 예측 손실 최적화를 수행하는 단계는
상기 학습부가
수학식
를 이용하여 예측 레이블과 상기 출력값의 차이인 예측 손실이 최소가 되도록 예측모델의 가중치를 수정하며,
상기 Eforecast는 손실함수이고,
상기 R은 상기 출력값이고,
상기 L은 상기 예측 레이블이고,
상기 i는 출력노드의 인덱스인 것을 특징으로 하는
수요 예측을 위한 방법. 10. The method of claim 9,
The step of performing the prediction loss optimization is
the learning department
formula
Correct the weight of the prediction model so that the prediction loss, which is the difference between the prediction label and the output value, is minimized using
The forecast is a loss function,
wherein R is the output value,
L is the prediction label,
wherein i is the index of the output node
Methods for forecasting demand.
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