KR102518629B1 - Method for forecasting electric power demand using convolutional neural network, recording medium and device for performing the method - Google Patents

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KR102518629B1 KR1020200188814A KR20200188814A KR102518629B1 KR 102518629 B1 KR102518629 B1 KR 102518629B1 KR 1020200188814 A KR1020200188814 A KR 1020200188814A KR 20200188814 A KR20200188814 A KR 20200188814A KR 102518629 B1 KR102518629 B1 KR 102518629B1
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Abstract

CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은, 온라인 공공 데이터인 API로부터 전력수요 예측을 위한 기상요소들의 데이터를 수집하는 단계; 수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 단계; 보완된 데이터를 입력으로 하는 합성곱 신경망인 CNN을 통해 예측인자간 상관관계를 분석하여 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택하는 단계; 및 CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 통해 각 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 최종적인 전력수요를 선정하는 단계;를 포함한다. 이에 따라, 정확한 전력수요를 예측할 수 있다.A power demand prediction method using CNN includes the steps of collecting data of meteorological factors for power demand prediction from API, which is online public data; Compensating for missing data of the collected data; Selecting a predictor to be reflected in the prediction of power demand for each section by analyzing the correlation between predictors through CNN, which is a convolutional neural network that takes supplemented data as input; and selecting a final power demand with higher accuracy for each section through a parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU. Accordingly, it is possible to accurately predict power demand.

Description

CNN을 이용한 전력수요 예측 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치{METHOD FOR FORECASTING ELECTRIC POWER DEMAND USING CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK, RECORDING MEDIUM AND DEVICE FOR PERFORMING THE METHOD}Method for predicting power demand using CNN, recording medium and device for performing the same

본 발명은 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이미지 처리를 통해 전력수요 패턴을 식별할 수 있는 CNN 알고리즘을 기반으로 전력수요 예측에 반영할 요소를 선별하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting power demand using CNN, and to a recording medium and apparatus for performing the same, and more particularly, to reflect power demand prediction based on a CNN algorithm capable of identifying a power demand pattern through image processing. It is about the technology of selecting elements.

국제에너지기구(IEA)에서 2050년 기준 온실가스 감축을 위해 시행하는 정책 수단 중 기기 및 설비 부문의 에너지 절약이 약 36%를 차지한다고 발표하였다. 이에 따라, 지속적인 에너지 사용량이 증가함에 따라 효율적인 에너지 관리가 중요시되고 있다. It was announced by the International Energy Agency (IEA) that energy savings in equipment and facilities accounted for about 36% of the policy measures implemented to reduce greenhouse gas emissions by 2050. Accordingly, as energy consumption continuously increases, efficient energy management is becoming more important.

대형 발전사를 포함하여 국내외에서 에너지 예측, 관리 및 모니터링 관련 사업을 확대시키고 있으며, 효율적인 에너지 관리를 위해 독자적인 에너지 수요예측 모델 개발 및 모니터링 시스템을 구축하고 있다.We are expanding businesses related to energy forecasting, management and monitoring at home and abroad, including large power generation companies, and are developing independent energy demand forecasting models and establishing monitoring systems for efficient energy management.

또한, 정부의 미래지향적 에너지 신산업에 대한 인식이 공급 중심에서 수요관리 중심으로 전환되는 과정에서 에너지 다소비건물에 대한 에너지 관리의 효율성 증대를 위한 기술과 통합관리 기술 등이 필요하다.In addition, in the process of shifting the government's awareness of future-oriented new energy industries from supply-oriented to demand-side management, technologies for increasing the efficiency of energy management for energy-consuming buildings and integrated management technologies are needed.

에너지 저소비 사회구조로의 변화와 에너지 소비, 생산의 다변화는 에너지의 효율적 사용 및 통합 관리에 대한 요구를 증대시키고 있다. 또한, 에너지 통합 관리를 통해 에너지 생산 및 절감에 대한 성과 관리와 개선 전후의 에너지 자립률 검증 및 계측 데이터 분석을 통한 개선방향 도출이 필요하다.The change to a low-energy consumption social structure and the diversification of energy consumption and production are increasing the demand for efficient energy use and integrated management. In addition, it is necessary to derive improvement directions through performance management for energy production and reduction through integrated energy management, verification of energy self-sufficiency before and after improvement, and analysis of measurement data.

특히, 에너지 솔루션 분석 시, AI 기법을 활용한 전력수요예측 모델을 통해 다양한 형태의 에너지소비 패턴에 대한 신뢰성 있는 예측 데이터 도출이 필요한 실정이다.In particular, when analyzing energy solutions, it is necessary to derive reliable predictive data for various types of energy consumption patterns through a power demand forecasting model using AI techniques.

예를 들어, 스마트그리드 등과 같이 건물 분야의 에너지 소비 저감과 성능 향상에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 이에 EMS(Energy Management System) 기술을 이용하여 수용가 운전상태, 에너지 사용량 등의 데이터를 수집하여 시각화함으로써, 기존의 건물 운영자 및 관리자의 경험이나 능력에 의존하던 건물 관리 방식이 아닌 데이터에 기반의 관리 시스템을 운용 중이다.For example, interest in reducing energy consumption and improving performance in the building sector, such as smart grids, is continuously increasing. Therefore, by using EMS (Energy Management System) technology to collect and visualize data such as customer operation status and energy consumption, it is a data-based management system that is not a building management method that relied on the experience or ability of existing building operators and managers. is operating

따라서, 데이터 기반의 관리시스템을 운영과 수용가의 에너지 관리 및 효율화를 위해서는 에너지 소비 패턴 분석이 먼저 이루어져야 할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to analyze the energy consumption pattern in order to operate the data-based management system and to manage and improve the energy efficiency of consumers.

KR 10-2020-0131928 AKR 10-2020-0131928 A KR 10-2020-0123310 AKR 10-2020-0123310 A US 2015/0046221 A1US 2015/0046221 A1

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem of the present invention is conceived in this respect, and an object of the present invention is to provide a power demand prediction method using CNN.

본 발명의 다른 목적은 상기 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recording medium on which a computer program for performing the power demand prediction method using the CNN is recorded.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for performing the power demand prediction method using the CNN.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은, 온라인 공공 데이터인 API로부터 전력수요 예측을 위한 기상요소들의 데이터를 수집하는 단계; 수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 단계; 보완된 데이터를 입력으로 하는 합성곱 신경망인 CNN을 통해 예측인자간 상관관계를 분석하여 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택하는 단계; 및 CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 통해 각 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 최종적인 전력수요를 선정하는 단계;를 포함한다.A method for predicting power demand using CNN according to an embodiment for realizing the object of the present invention includes the steps of collecting data of meteorological factors for predicting power demand from API, which is online public data; Compensating for missing data of the collected data; Selecting a predictor to be reflected in the prediction of power demand for each section by analyzing the correlation between predictors through CNN, which is a convolutional neural network that takes supplemented data as input; and selecting a final power demand with higher accuracy for each section through a parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU.

본 발명의 실시예에서, 상기 기상요소들의 데이터는, 시간 및 구간 따른 기상 데이터, 생활기상지수 데이터 및 과거 전력수요 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the data of the meteorological elements may include at least one of weather data according to time and interval, daily weather index data, and past power demand data.

본 발명의 실시예에서, 상기 기상요소들의 데이터를 수집하는 단계는, 데이터의 스케일 차이를 줄이기 위해 수집된 기상요소들의 데이터를 정규화하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of collecting the data of the meteorological factors may include normalizing the collected data of the meteorological factors in order to reduce the scale difference of the data.

본 발명의 실시예에서, 상기 수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 단계는, 데이터 패턴의 오버랩 비율을 통해 결측 데이터 유무를 판단하는 단계; 및 결측 데이터의 수가 2개 이하일 경우, 평균 보간법(Mean Interpolation)을 이용하여 결측 데이터를 보완하고, 결측 데이터의 수가 3개 이상일 경우 ARIMA 시계열 예측 모형을 통해 결측 데이터를 보완하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the supplementing of missing data of the collected data may include determining whether or not there is missing data through an overlap ratio of data patterns; and complementing missing data using mean interpolation when the number of missing data is 2 or less, and supplementing missing data through an ARIMA time series prediction model when the number of missing data is 3 or more. there is.

본 발명의 실시예에서, 상기 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택하는 단계는, 각 구간별로 전력수요 패턴과 예측인자의 패턴을 이미지 처리하여 전력수요 예측에 반영할 인자들을 선택하여 전력수요 예측에 사용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of selecting a predictor to be reflected in the power demand forecast for each section includes image processing of a pattern of power demand and a predictor for each section, and selecting factors to be reflected in the prediction of power demand. It can be used for forecasting electricity demand.

본 발명의 실시예에서, 상기 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은, N일 전에 예측한 전력수요 값들을 MAPE 및 RMSE 함수를 통해 오차를 분석하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the power demand prediction method using the CNN may further include analyzing errors of power demand values predicted N days ago through MAPE and RMSE functions.

본 발명의 실시예에서, 상기 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은, 선택된 예측인자의 샘플링 속도를 통합하기 위해 데이터를 분류하고 리샘플링하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the power demand prediction method using the CNN may further include classifying and resampling data to integrate sampling rates of selected predictors.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 상기 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다. A computer program for performing the power demand prediction method using the CNN is recorded in a computer readable storage medium according to an embodiment for realizing the above object of the present invention.

상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 장치는, 온라인 공공 데이터인 API로부터 전력수요 예측을 위한 기상요소들의 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 데이터 보완부; 보완된 데이터를 입력으로 하는 합성곱 신경망인 CNN을 통해 예측인자간 상관관계를 분석하여 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택하는 예측인자 선택부; 및 CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 통해 각 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 최종적인 전력수요를 선정하는 전력수요 예측부;를 포함한다.An apparatus for predicting power demand using CNN according to an embodiment for realizing another object of the present invention described above includes a data collection unit that collects data of meteorological factors for predicting power demand from API, which is online public data; a data complementation unit that compensates for missing data of the collected data; a predictor selection unit that analyzes the correlation between predictors through CNN, a convolutional neural network that takes the supplemented data as an input, and selects a predictor to be reflected in the electricity demand forecast for each section; and a power demand prediction unit that selects a final power demand with higher accuracy for each section through a parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU.

본 발명의 실시예에서, 상기 데이터 보완부는, 데이터 패턴의 오버랩 비율을 통해 결측 데이터 유무를 판단하고, 결측 데이터의 수가 2개 이하일 경우, 평균 보간법(Mean Interpolation)을 이용하여 결측 데이터를 보완하고, 결측 데이터의 수가 3개 이상일 경우 ARIMA 시계열 예측 모형을 통해 결측 데이터를 보완할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the data supplementation unit determines whether there is missing data through an overlap ratio of data patterns, and when the number of missing data is 2 or less, compensates for missing data using mean interpolation, If the number of missing data is three or more, the missing data can be supplemented through the ARIMA time series prediction model.

이와 같은 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법에 따르면, 시간 및 구간을 구분한 알고리즘 적용을 통해 각 시간 및 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 알고리즘을 채택하여 최종적인 전력수요를 예측할 수 있다.According to the power demand prediction method using such a CNN, it is possible to predict the final power demand by adopting an algorithm having higher accuracy for each time and section by applying an algorithm that distinguishes time and section.

이에 따라, AI 기반 전력수요 예측 알고리즘 개발 및 수용가별 최적 운영 스케줄링을 통해 경제적인 편익과 에너지 효율성 향상에 기여할 수 있다. 또한, 기상요소, 지역별 인구밀도, 생활기상지수 등 전력수요 영향을 미치는 주요 변수를 활용함으로써, 수요 예측의 정확성과 객관성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, it can contribute to economic benefits and energy efficiency improvement through the development of an AI-based power demand prediction algorithm and optimal operation scheduling for each customer. In addition, it is possible to improve the accuracy and objectivity of demand forecasting by utilizing key variables that affect electricity demand, such as meteorological factors, regional population density, and daily weather index.

도 1은 본 발명에서 제안하는 전력수요 예측 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2의 데이터 수집부에서 상관관계 분석을 위해 사용되는 기상 데이터의 예시이다.
도 4는 도 2의 데이터 수집부에서 상관관계 분석을 위해 사용되는 1시간 내지 6시간 전 과거 전력수요 데이터의 예시이다.
도 5는 도 2의 데이터 수집부에서 상관관계 분석을 위해 사용되는 계절 및 주기, 공휴일유무, afternoon 및 workinghour 데이터의 예시이다.
도 6은 도 2의 데이터 보완부에서 사용하는 Moving Window 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2의 데이터 보완부에서 ARIMA 예측 모형을 이용한 데이터 보간 예시이다.
도 8은 본 발명에서 사용하는 CNN-LSTM 또는 GRU 결합 모델 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 LSTM 네트워크의 기본 구조를 보여주는 도면이다.
도 10은 GRU의 기본 구조를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법의 흐름도이다.
1 is a diagram for explaining a power demand prediction algorithm proposed in the present invention.
2 is a block diagram of an apparatus for predicting power demand using a CNN according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an example of meteorological data used for correlation analysis in the data collection unit of FIG. 2 .
FIG. 4 is an example of past power demand data from 1 hour to 6 hours ago used for correlation analysis in the data collection unit of FIG. 2 .
FIG. 5 is an example of season and cycle, holidays, afternoon and workinghour data used for correlation analysis in the data collection unit of FIG. 2 .
FIG. 6 is a diagram for explaining a Moving Window technique used in the data complementation unit of FIG. 2 .
7 is an example of data interpolation using an ARIMA predictive model in the data complementation unit of FIG. 2 .
8 is a diagram for explaining the CNN-LSTM or GRU combined model structure used in the present invention.
9 is a diagram showing the basic structure of an LSTM network.
10 is a diagram showing the basic structure of a GRU.
11 is a flowchart of a power demand prediction method using CNN according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The detailed description of the present invention which follows refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims. Like reference numbers in the drawings indicate the same or similar function throughout the various aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에서 제안하는 전력수요 예측 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 장치의 블록도이다.1 is a diagram for explaining a power demand prediction algorithm proposed in the present invention. 2 is a block diagram of an apparatus for predicting power demand using a CNN according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 장치(10, 이하 장치)는 정확한 전력수요 예측을 위한 것이다. 전력 수요 예측에는 다양한 요소들이 사용될 수 있는데, 시간(n일 전, 1주일 전 등) 및 구간(계절, 분기 등)에 따른 기상데이터(온도, 습도, 풍속, 운량 등), 생활기상지수(불쾌지수, 체감온도 등), 과거 전력수요 데이터 등이 있다. An apparatus for predicting power demand (10, hereinafter) using a CNN according to the present invention is for accurately predicting power demand. Various factors can be used to predict electricity demand. Meteorological data (temperature, humidity, wind speed, cloudiness, etc.) according to time (n days ago, 1 week ago, etc.) and intervals (season, quarter, etc.), daily weather index (unpleasant index, perceived temperature, etc.), and past power demand data.

이러한 데이터들은 온라인 공공 데이터인 API를 통해 수집되고 데이터를 분석하고 간헐적으로 발견되는 손상 데이터를 재구성 하는 방안을 포함한다. These data are collected through API, which is online public data, and include measures to analyze data and reconstruct damaged data that is intermittently found.

본 발명에서는 이미지 처리를 통해 전력수요 패턴을 식별할 수 있는 대표적인 알고리즘인 CNN을 이용하여, 전력수요 예측에 반영할 요소를 선별하는데 사용한다. In the present invention, CNN, which is a representative algorithm capable of identifying power demand patterns through image processing, is used to select factors to be reflected in power demand prediction.

도 1을 참조하면, 본 발명에서 실제 전력 수요를 예측하는 알고리즘은 2가지로 구분되는데 첫 번째로 LSTM은 시계열 데이터를 예측하는데 높은 성능을 가지는 딥러닝 알고리즘이다. 두 번째로 GRU는 LSTM의 간소화된 버전으로 3개의 게이트를 2개로 축소한 버전의 딥러닝 알고리즘이다. LSTM이 GRU에 비해 연산량이 많고, 예측 데이터의 크기가 클수록 GRU에 비해 LSTM의 예측 성능이 우수한 경향을 보인다. Referring to FIG. 1, the algorithm for predicting actual power demand in the present invention is divided into two types. First, LSTM is a deep learning algorithm having high performance in predicting time series data. Second, GRU is a simplified version of LSTM, a deep learning algorithm that reduces three gates to two. Compared to GRU, LSTM tends to have better prediction performance than GRU as the amount of computation is larger and the prediction data size is larger.

본 발명에서는 CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 가진 앙상블을 구성하여 전력수요를 예측하는 알고리즘을 제안한다. 본 발명은 시간 및 구간을 구분한 알고리즘 적용을 통해 각 시간 및 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 알고리즘을 채택하여 최종적인 전력수요를 예측하는 알고리즘이다.In the present invention, an algorithm for predicting power demand by constructing an ensemble having a parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU is proposed. The present invention is an algorithm that predicts the final power demand by adopting an algorithm having higher accuracy for each time and section by applying an algorithm that distinguishes time and section.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 데이터 수집부(110), 데이터 보완부(130), 예측인자 선택부(150) 및 전력수요 예측부(170)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the apparatus 10 according to the present invention includes a data collection unit 110, a data supplementation unit 130, a predictor selection unit 150, and a power demand estimation unit 170.

본 발명의 상기 장치(10)는 CNN을 이용한 전력수요 예측을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 데이터 수집부(110), 상기 데이터 보완부(130), 상기 예측인자 선택부(150) 및 상기 전력수요 예측부(170)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 CNN을 이용한 전력수요 예측을 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다. In the apparatus 10 of the present invention, software (application) for predicting power demand using CNN may be installed and executed, and the data collection unit 110, the data complement unit 130, and the predictor selection Configurations of the unit 150 and the power demand prediction unit 170 may be controlled by software for performing power demand prediction using the CNN, which is executed in the device 10 .

상기 장치(10)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 데이터 수집부(110), 상기 데이터 보완부(130), 상기 예측인자 선택부(150) 및 상기 전력수요 예측부(170)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.The device 10 may be a separate terminal or a part of a module of the terminal. In addition, the configuration of the data collection unit 110, the data supplementation unit 130, the predictor selection unit 150, and the power demand estimation unit 170 may be formed as an integrated module or composed of one or more modules. can However, on the contrary, each component may be composed of a separate module.

상기 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(10)는, 서버(server) 또는 엔진(engine) 형태일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. The device 10 may be mobile or stationary. The apparatus 10 may be in the form of a server or engine, and may be a device, an apparatus, a terminal, a user equipment (UE), a mobile station (MS), or a wireless device. It can be called by other terms such as wireless device, handheld device, etc.

상기 장치(10)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.The device 10 may execute or manufacture various software based on an operating system (OS), that is, a system. The operating system is a system program for enabling software to use the hardware of the device, and is a mobile computer operating system such as Android OS, iOS, Windows mobile OS, Bada OS, Symbian OS, Blackberry OS, and Windows-based, Linux-based, Unix-based, It can include all computer operating systems such as MAC, AIX, and HP-UX.

상기 데이터 수집부(110)는 온라인 공공 데이터인 API로부터 전력수요 예측을 위한 기상요소들의 데이터를 수집한다.The data collection unit 110 collects data of meteorological factors for predicting power demand from API, which is online public data.

본 발명의 일 실시예에서는 CNN 알고리즘을 통해 전력수요 예측에 필요한 기상요소들을 분석할 수 있다. 분석된 기온, 습도, 기압, 풍속 등의 데이터는 기상청의 기상자료개방포털 등의 API를 통해서 수집될 수 있다. 알고리즘 수행의 유연성 및 민감도를 위해 데이터 수집 구간은 최근 1년, 3년 등 장기간으로 설정할 수 있다. 도 3은 도 2의 데이터 수집부에서 상관관계 분석을 위해 사용되는 기상 데이터의 예시이다.In one embodiment of the present invention, meteorological factors necessary for predicting power demand can be analyzed through a CNN algorithm. Data such as analyzed temperature, humidity, atmospheric pressure, and wind speed can be collected through APIs such as the meteorological data open portal of the Korea Meteorological Administration. For the flexibility and sensitivity of algorithm execution, the data collection period can be set for a long period of time, such as the last 1 year or 3 years. FIG. 3 is an example of meteorological data used for correlation analysis in the data collection unit of FIG. 2 .

전력 수요 예측에는 다양한 요소들이 사용될 수 있는데, 시간(n일 전, 1주일 전 등) 및 구간(계절, 분기 등)에 따른 기상데이터(온도, 습도, 풍속, 운량 등), 생활기상지수(불쾌지수, 체감온도 등), 과거 전력수요 데이터 등이 있다. Various factors can be used to predict electricity demand. Meteorological data (temperature, humidity, wind speed, cloudiness, etc.) according to time (n days ago, 1 week ago, etc.) and intervals (season, quarter, etc.), daily weather index (unpleasant index, perceived temperature, etc.), and past power demand data.

이러한 데이터들은 온라인 공공 데이터인 API를 통해 수집되고, 본 발명은 데이터를 분석하고 간헐적으로 발견되는 손상 데이터를 재구성 하는 방안을 포함한다. These data are collected through API, which is online public data, and the present invention includes a method of analyzing data and reconstructing damaged data that is intermittently found.

단기 전력수요예측은 과거 전력수요데이터와 더불어 기상요소에 직접적인 영향을 받는다. 따라서, 정확한 전력수요 예측을 위해서는 다양한 기상요소와의 상관분석을 통해 필요한 데이터를 분석해야 한다. 도 4는 도 2의 데이터 수집부에서 상관관계 분석을 위해 사용되는 1시간 내지 6시간 전 과거 전력수요 데이터의 예시이다.Short-term electricity demand forecast is directly influenced by meteorological factors along with past electricity demand data. Therefore, in order to accurately predict electricity demand, necessary data must be analyzed through correlation analysis with various meteorological factors. FIG. 4 is an example of past power demand data from 1 hour to 6 hours ago used for correlation analysis in the data collection unit of FIG. 2 .

추가적으로 기상청에서 제공하고 있는 체감온도, 불쾌지수도 함께 고려하여 분석을 진행할 수 있다. 불쾌지수 및 체감온도에 대한 수식은 각각 아래의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.In addition, the analysis can be performed by considering the perceived temperature and discomfort index provided by the Korea Meteorological Administration. Equations for the discomfort index and the perceived temperature are shown in Equation 1 and Equation 2 below, respectively.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020143875217-pat00001
Figure 112020143875217-pat00001

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020143875217-pat00002
Figure 112020143875217-pat00002

또한, 전력수요는 주기적으로 패턴이 변화하는 형상을 보여주고 있다. 4계절, 주중, 및 주말, 공휴일에 따라서 전력수요 패턴이 다르기 때문에 전력수요 예측을 위해 기상요소뿐만 아니라 계절변화, 과거 히스토리 데이터, 주중, 주말, 공유일 여부 등을 함께 고려하여 분석을 진행할 수 있다. 도 5는 도 2의 데이터 수집부에서 상관관계 분석을 위해 사용되는 계절 및 주기, 공휴일유무, afternoon 및 workinghour 데이터의 예시이다.In addition, the power demand shows a shape in which the pattern changes periodically. Since the power demand pattern is different depending on the four seasons, weekdays, weekends, and holidays, analysis can be performed considering not only meteorological factors but also seasonal changes, past history data, weekdays, weekends, and shared days to forecast power demand. . FIG. 5 is an example of season and cycle, holidays, afternoon and workinghour data used for correlation analysis in the data collection unit of FIG. 2 .

먼저, 도 4를 참조하면, 과거 전력수요 상관관계를 분석하기 위해 총 1시간 내지 6시간 전의 과거데이터 분석을 진행한다. 각 시간대에 해당하는 변수는

Figure 112020143875217-pat00003
에서
Figure 112020143875217-pat00004
으로 표시하였으며 계절에 해당하는 변수는
Figure 112020143875217-pat00005
으로 선정한다. 또한, 각 월, 요일, 각 주중에 해당하는 변수는
Figure 112020143875217-pat00006
,
Figure 112020143875217-pat00007
,
Figure 112020143875217-pat00008
로 선정하고, 주중 및 주말에 해당하는 변수는
Figure 112020143875217-pat00009
이며 공휴일 유무, 그리고 24시간 중 오후 시간대 및 근무시간에 해당하는 값을 각각
Figure 112020143875217-pat00010
로 선정한다.First, referring to FIG. 4 , in order to analyze the past power demand correlation, analysis of past data from a total of 1 hour to 6 hours ago is performed. Variables corresponding to each time period are
Figure 112020143875217-pat00003
at
Figure 112020143875217-pat00004
, and the variable corresponding to the season is
Figure 112020143875217-pat00005
select as In addition, the variables corresponding to each month, day of the week, and weekday are
Figure 112020143875217-pat00006
,
Figure 112020143875217-pat00007
,
Figure 112020143875217-pat00008
, and the variables corresponding to weekdays and weekends are
Figure 112020143875217-pat00009
, whether there is a holiday, and the value corresponding to the afternoon time zone and working hours among 24 hours
Figure 112020143875217-pat00010
select as

전력수요 예측을 위한 예측인자 채택은 일반적으로 피어슨 상관 분석식과 산점도 그래프를 기반으로 기반으로 아래의 수학식 3과같이 계산된다.Adoption of a predictor for predicting electricity demand is generally calculated as shown in Equation 3 below based on the Pearson's correlation analysis equation and a scatter plot graph.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020143875217-pat00011
Figure 112020143875217-pat00011

여기서,

Figure 112020143875217-pat00012
는 피어슨 상관계수를 의미하며 Y는 전력수요 데이터, X는 상관분석을 위해 사용된 인자들을 의미한다.
Figure 112020143875217-pat00013
은 데이터 개수를 의미하며, 각 데이터간의 공분산값과 표준편차 값을 이용하여 구해진다. 도 5는 시간적 특징을 나타내는 플롯(plot)이다. LSTM, GRU 같은 경우 기상요소, 과거 데이터뿐만 아니라 시계열 특징을 나타내는 데이터도 중요한 요인으로 작용할 수 있기 때문에 함께 분석한다.here,
Figure 112020143875217-pat00012
is the Pearson correlation coefficient, Y is the power demand data, and X is the factors used for correlation analysis.
Figure 112020143875217-pat00013
Means the number of data, and is obtained using the covariance value and standard deviation value between each data. 5 is a plot showing temporal characteristics. In the case of LSTM and GRU, not only meteorological factors and past data, but also data representing time series characteristics can act as important factors, so they are analyzed together.

상기 데이터 수집부(110)는 전력수요예측을 위해서 먼저 데이터 가공 및 전처리 작업을 진행할 수 있다.The data collection unit 110 may first process and pre-process data in order to predict power demand.

기상요소 데이터와 같이 데이터 자체의 스케일 차이가 심한 경우 예측성능을 저하시키는 원인으로 작용한다. 따라서, 예측 성능 향상 및 오버피팅(Overfitting) 방지를 위해 각 데이터의 정규화 작업을 실시할 수 있다. If the scale difference of the data itself is severe, such as meteorological element data, it acts as a cause of deteriorating prediction performance. Therefore, normalization of each data may be performed to improve prediction performance and prevent overfitting.

데이터 정규화 방안은 각 데이터의 최대, 최소값을 이용한 Min-Max Normalization 방법이 있으며 데이터의 표준편차와 평균을 이용한 Z-Score Normalization 방안이 있다. 각 정규화 수식은 아래의 수학식 4 및 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. Data normalization methods include the Min-Max Normalization method using the maximum and minimum values of each data, and the Z-Score Normalization method using the standard deviation and average of the data. Each normalization equation can be expressed as Equation 4 and Equation 5 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112020143875217-pat00014
Figure 112020143875217-pat00014

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112020143875217-pat00015
Figure 112020143875217-pat00015

상기 데이터 보완부(130)는 수집된 데이터의 결측 데이터를 보완한다. 먼저, 결측 데이터 유무 판단은 Moving Window 기법을 이용하여 판단할 수 있다.The data compensating unit 130 supplements missing data of the collected data. First, the presence or absence of missing data can be determined using a moving window technique.

국내 전력수요, 기상요소와 사이트별 전력수요 데이터는 실제로 데이터베이스에 저장 시 누락데이터 또는 이상데이터가 존재할 수 있다. 이러한 데이터는 전력수요예측 정확도에 악영향을 미치며 특히 LSTM과 같이 딥러닝 기반의 알고리즘에 부정확성을 키우는 요소로 적용한다. 따라서, 결측 값 처리하기 위한 추가적인 작업이 필요하다.Domestic power demand, meteorological factors, and power demand data by site may have missing data or abnormal data when actually stored in the database. Such data adversely affects the accuracy of electricity demand forecasting, and is particularly applied as a factor that increases inaccuracy in deep learning-based algorithms such as LSTM. Therefore, additional work is required to handle missing values.

도 6을 참조하면, Moving Window 기법은 데이터 패턴의 오버랩 비율을 통해 결측 데이터 유무를 판단하는 방법으로 데이터를 자동으로 관찰하기 위해 많은 분야에서 사용되는 방법이다. Referring to FIG. 6, the moving window technique is a method used in many fields to automatically observe data as a method of determining the presence or absence of missing data through an overlap ratio of data patterns.

본 발명의 일 실시예에서, Moving Window 기법을 통해 결측 데이터가 관찰되었을 경우 결측 데이터 개수에 따라 처리 방법이 달라진다. In one embodiment of the present invention, when missing data is observed through a moving window technique, a processing method is changed according to the number of missing data.

예를 들어, 결측 데이터의 수가 2개 이하일 경우 결측 시점 경우 전, 후의 데이터를 분석하여 Mean Interpolation을 이용하여 결측 데이터를 보완할 수 있다. Mean Interpolation은 결측된 부분을 각 변수의 평균으로 대체하는 기법이다. 결측 데이터 개수가 작을 경우 Mean Interpolation을 통해 데이터를 보완하여도 예측 성능을 저하시키지 않는다.For example, if the number of missing data is 2 or less, the missing data can be supplemented using Mean Interpolation by analyzing data before and after the missing point. Mean Interpolation is a technique that replaces missing parts with the mean of each variable. When the number of missing data is small, the prediction performance is not degraded even if the data are supplemented through mean interpolation.

반면, 결측 데이터의 수가 3개 이상일 경우 ARIMA 시계열 예측 모형을 통해 결측 데이터를 보완할 수 있다. On the other hand, if the number of missing data is three or more, the missing data can be supplemented through the ARIMA time series prediction model.

특히 전력수요, 기상요소 같은 경우 단시간에 큰 변화를 일으키지 않기 때문에 시계열 기반의 보간법을 사용하여도 높은 정확도를 보여주고 있다. ARIMA 예측 모형을 이용한 데이터 보간 예시는 도 7과 같이 나타낼 수 있다.In particular, electricity demand and meteorological factors do not cause large changes in a short time, so even using time-series-based interpolation, high accuracy is shown. An example of data interpolation using the ARIMA predictive model can be shown as shown in FIG.

상기 예측인자 선택부(150)는 보완된 데이터를 입력으로 하는 합성곱 신경망인 CNN을 통해 예측인자간 상관관계를 분석하여 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택할 수 있다.The predictor selection unit 150 may select a predictor to be reflected in the prediction of power demand for each section by analyzing a correlation between predictors through CNN, which is a convolutional neural network that takes supplemented data as an input.

또한, 각 예측 인자별 상관계수 분석은 전력수요 예측 알고리즘 내 자동으로 높은 상관계수를 기준으로 선정하도록 하였으며 데이터가 갱신될 때마다 최적 입력변수를 선정할 수 있도록 구현할 수 있다. In addition, the correlation coefficient analysis for each predictor is automatically selected based on the high correlation coefficient within the power demand prediction algorithm, and can be implemented to select the optimal input variable whenever data is updated.

매 구간별 전력수요 예측에 반영할 예측 인자를 선택하기 위해 합성곱 신경망인 CNN을 통해 상관관계 분석을 자동으로 갱신한다. 본 발명에서는, 시간절약 및 과적합 방지를 위해 각 구간별로 상이한 예측인자간 상관관계를 분석하여 상관계수가 미리 설정된 임계값 이상인 인자들을 선택하여 전력수요 예측에 사용할 수 있다. Correlation analysis is automatically updated through a convolutional neural network (CNN) to select predictive factors to be reflected in the electricity demand forecast for each section. In the present invention, in order to save time and prevent overfitting, correlations between different predictor factors for each section are analyzed, and factors having a correlation coefficient greater than or equal to a preset threshold value are selected and used for predicting power demand.

본 발명은 CNN을 통해 전력수요 패턴과 높은 상관성을 가지는 인자들을 입력데이터로 사용한다.In the present invention, factors having high correlation with power demand patterns are used as input data through CNN.

상기 전력수요 예측부(170)는 CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 통해 각 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 최종적인 전력수요를 선정한다.The power demand prediction unit 170 selects the final power demand with higher accuracy for each section through a parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU.

본 발명에서 실제 전력 수요를 예측하는 알고리즘은 2가지로 구분되는데 첫 번째로 LSTM은 시계열 데이터를 예측하는데 높은 성능을 가지는 딥러닝 알고리즘이다. 두 번째로 GRU는 LSTM의 간소화된 버전으로 3개의 게이트를 2개로 축소한 버전의 딥러닝 알고리즘이다. LSTM이 GRU에 비해 연산량이 많고, 예측 데이터의 크기가 클수록 GRU에 비해 LSTM의 예측 성능이 우수한 경향을 보인다. In the present invention, the algorithm for predicting actual power demand is divided into two types. First, LSTM is a deep learning algorithm that has high performance in predicting time series data. Second, GRU is a simplified version of LSTM, a deep learning algorithm that reduces three gates to two. Compared to GRU, LSTM tends to have better prediction performance than GRU as the amount of computation is larger and the prediction data size is larger.

도 8을 참조하면, 본 발명은 전력수요 예측을 위한 새로운 방안으로 합성곱 신경망인 CNN과 LSTM 또는 GRU 모델을 결합하여 전력수요예측을 진행한다.Referring to FIG. 8, as a new method for predicting power demand, the present invention performs power demand prediction by combining a CNN, which is a convolutional neural network, with an LSTM or GRU model.

기존 피어슨 상관분석만으로는 전력수요데이터와 예측인자간의 관계를 정확하게 설명하지 못하는 단점이 존재한다. 이는 피어슨 상관계수는 계절적 주기나 하루 동안의 데이터 패턴을 고려하지 않기 때문이다.Existing Pearson's correlation analysis alone has a disadvantage in that it cannot accurately explain the relationship between power demand data and predictors. This is because Pearson's correlation coefficient does not consider seasonal cycles or data patterns during the day.

합성곱 신경망인 CNN을 이용하면 전력수요 패턴과 다른 인자간의 패턴을 고려하여 상관성이 높은 데이터를 추출할 수 있다. 이는 CNN에서 Convolution layer를 적용하의 데이터의 특징의 자동 추출이 가능하기 때문이다. 따라서, 두 딥러닝 기술의 이점을 모두 활용할 수 있는 하이브리드 모델 개발을 통해 예측 정확도를 향상시킬 수 있다.Using CNN, a convolutional neural network, it is possible to extract highly correlated data by considering patterns between power demand patterns and other factors. This is because it is possible to automatically extract features of data by applying a convolution layer in CNN. Therefore, prediction accuracy can be improved by developing a hybrid model that can utilize the advantages of both deep learning technologies.

Long Short Term Memory(LSTM)은 Recurrent neural Network(RNN)의 한 부분으로 긴 시간 동안의 데이터를 학습하거나 수행할 때 사용되는 기법이다. RNN은 시계열 데이터 예측 시 예측 데이터 사이즈가 증가할 경우, 학습 능력이 크게 저하되는 단점을 가지고 있다. 이 문제를 극복하기 위해 고안된 방안이 LSTM RNN의 히든 state에 cell-state를 추가한 구조이다. Long Short Term Memory (LSTM) is a part of Recurrent Neural Network (RNN) and is a technique used when learning or performing data for a long time. When predicting time series data, RNN has a disadvantage that its learning ability is greatly reduced when the predicted data size increases. A method devised to overcome this problem is a structure in which cell-state is added to the hidden state of LSTM RNN.

현재 대다수의 시계열 예측에 활용되고 있으며 전력수요 예측에도 높은 정확도를 보여주고 있기 때문에 본 발명에서는 LSTM을 이용하여 전력수요 예측을 진행한다.Since it is currently used in most time series predictions and shows high accuracy in predicting power demand, the present invention uses LSTM to predict power demand.

도 9를 참조하면, LSTM의 일반적인 구조는 Cell, Input Gate Layer, Forget Gate Layer, Output Gate Layer로 구성된다. Cell은 시간간격으로 값을 저장하며 세 개의 Gate Layer는 셀 안팎으로 데이터 가중치를 조절한다.Referring to FIG. 9, the general structure of LSTM is composed of Cell, Input Gate Layer, Forget Gate Layer, and Output Gate Layer. Cells store values at time intervals, and three gate layers adjust data weights in and out of cells.

가장 핵심적인 구조로 상단의 수평선으로,

Figure 112020143875217-pat00016
,
Figure 112020143875217-pat00017
를 연결한 부분을 셀 스테이트(Cell state)라고 한다. 이는 마이너한 선형 연산만을 거치고 전체 체인을 관통한다. As the most important structure, with the horizontal line at the top,
Figure 112020143875217-pat00016
,
Figure 112020143875217-pat00017
The part connected is called a cell state. It goes through only minor linear operations and goes through the entire chain.

LSTM 네트워크는 RNN 네트워크에 비해 정제된 게이트라는 구조를 갖고 있는데, 이는 정보들이 선택적으로 흘러가게 하는 장치이다. 각각 시그모이드 뉴럴 네트워크(Sigmoid Neural Network layer)와 점 단위 곱하기 연산으로 이루어져 있다. 시그모이드 레이어는 0,1의 값으로 출력된다. Compared to RNN networks, LSTM networks have a more refined gate structure, which is a device that allows information to flow selectively. Each consists of a sigmoid neural network layer and a point-by-point multiplication operation. The sigmoid layer is output with a value of 0,1.

출력 데이터는 구성요소가 예측 데이터에 영향을 미치는지에 대해 나타낸다. 0의 경우, 구성요소가 예측 데이터에 영향을 주지 않는 것을 의미하며, 1의 경우, 예측 데이터에 영향을 주는 것을 의미한다. The output data indicates whether the component affects the predicted data. In the case of 0, it means that the component does not affect the predicted data, and in the case of 1, it means that it affects the predicted data.

LSTM의 첫 번째 단계는 0과 1사이의 값을 가지는

Figure 112020143875217-pat00018
Figure 112020143875217-pat00019
를 입력값으로 받아 시그모이드 레이어에 저장하며, 첫 번째, 시그모이드 레이어는 업데이트할 값을 결정하는 역할을 한다.The first step of an LSTM is a value between 0 and 1.
Figure 112020143875217-pat00018
and
Figure 112020143875217-pat00019
is received as an input value and stored in the sigmoid layer. First, the sigmoid layer plays a role in determining the value to be updated.

tanh 레이어는 셀 스테이트에 더해질 수 있는 후보 값을 생성하는 역할을 하며, 시그모이드 레이어의 값과 합쳐 다음 스테이트에 영향을 주게 된다. 입력게이트 함수식은 아래의 수학식 6과 같이 표현된다.The tanh layer plays a role of generating candidate values that can be added to the cell state, and is combined with the value of the sigmoid layer to affect the next state. The input gate function expression is expressed as Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112020143875217-pat00020
Figure 112020143875217-pat00020

Figure 112020143875217-pat00021
,
Figure 112020143875217-pat00022
를 로 업데이트 하는 과정은 전 단계에서 결정하였으므로, 새로운 후보 값이 기존 값에 영향을 주게 한다. 망각 게이트의 함수식은 아래의 수학식 7 및 수학식 8과 같으며, tanh은 -1에서 1사이의 값을 가진다.
Figure 112020143875217-pat00021
,
Figure 112020143875217-pat00022
Since the process of updating to is determined in the previous step, the new candidate value affects the existing value. The function formula of the forget gate is as shown in Equations 7 and 8 below, and tanh has a value between -1 and 1.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112020143875217-pat00023
Figure 112020143875217-pat00023

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112020143875217-pat00024
Figure 112020143875217-pat00024

새로운 후보값이 기존의 값에 영향을 끼치는 함수식은 다음의 수학식 9와 같다. A function expression in which a new candidate value affects an existing value is shown in Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112020143875217-pat00025
Figure 112020143875217-pat00025

마지막으로, 출력 값을 결정할 때, 시그모이드 레이어를 통해 도출하게 되며, 이 때, 출력게이트의 함수식은 아래의 수학식 10과 같으며 최종 결과값이 반영되는 식은 수학식 11과 같다. Finally, when determining the output value, it is derived through the sigmoid layer. At this time, the function expression of the output gate is as shown in Equation 10 below, and the expression reflecting the final result value is as shown in Equation 11.

[수학식 10] [Equation 10]

Figure 112020143875217-pat00026
Figure 112020143875217-pat00026

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112020143875217-pat00027
Figure 112020143875217-pat00027

기존 RNN 기법은 Time series 데이터를 처리할 때, 데이터가 사라지는 문제가 일어나므로, LSTM 기법을 통해 데이터를 분류 및 예측을 진행한다. LSTM 기법은 간격 길이가 길어져도 RNN에 비해 둔감하여 문제가 발생하지 않아 긴 시간 동안 발생하는 데이터를 학습하고 예측하는데 많이 사용된다.Existing RNN techniques have a problem of data disappearing when processing time series data, so data is classified and predicted through LSTM technique. The LSTM technique is insensitive compared to RNN even when the interval length is long, so it does not cause problems, so it is widely used for learning and predicting data that occurs over a long period of time.

GRU(Gate Recurrent Unit) 셀은 LSTM 연산속도가 긴 단점을 보완하는 LSTM 셀 간소화된 버전이다. 도 10은 GRU의 기본 구조를 보여주는 도면이다. GRU의 기본적인 개념은 LSTM과 매우 유사하며, 이는 아래의 수학식 12에서 확인할 수 있다.The GRU (Gate Recurrent Unit) cell is a simplified version of the LSTM cell that compensates for the long LSTM operation speed. 10 is a diagram showing the basic structure of a GRU. The basic concept of GRU is very similar to LSTM, which can be seen in Equation 12 below.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112020143875217-pat00028
Figure 112020143875217-pat00028

Figure 112020143875217-pat00029
Figure 112020143875217-pat00029

Figure 112020143875217-pat00030
Figure 112020143875217-pat00030

Figure 112020143875217-pat00031
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GRU는 Reset Gate와 Update Gate 총 두 가지 Gate가 존재한다. Gate 이름에서 알 수 있듯이, Reset Gate는 새로운 입력을 이전 메모리와 어떻게 합칠지를 결정하며 Update Gate는 이전 메모리를 얼마만큼 기억할지를 결정한다.GRU has two gates, Reset Gate and Update Gate. As the name of the gate suggests, the Reset Gate determines how new inputs are merged with the old memory, and the Update Gate determines how much of the old memory is remembered.

Reset Gate 값을 전부 1로 정해주고 Update Gate를 전부 0으로 정하면 기본 RNN 구조가 된다. GRU는 LSTM과 기본 아이디어는 동일하지만 다음과 같은 차이점이 있다.If all reset gate values are set to 1 and all update gate values are set to 0, the basic RNN structure becomes. GRU has the same basic idea as LSTM, but has the following differences.

1) GRU Gate는 2개이며 LSTM Gate는 3개임.1) There are 2 GRU Gates and 3 LSTM Gates.

2) GRU는 내부 메모리값(

Figure 112020143875217-pat00032
)이 외부에서 보게 되는 Hidden state 동일함. 이는 LSTM에 있는 출력 게이트가 없기 때문임.2) GRU is the internal memory value (
Figure 112020143875217-pat00032
) is the same as the hidden state seen from the outside. This is because there is no output gate in LSTM.

3) 입력 Gate와 망각 Gate가 Update Gate 로 합쳐지며 Reset Gate 은 이전 Hidden state 값에 바로 적용됨.3) Input Gate and Forget Gate are merged into Update Gate, and Reset Gate is applied directly to the previous hidden state value.

4) 출력 값을 계산할 때 추가적인 비선형 함수를 적용하지 않음.4) No additional non-linear function is applied when calculating the output value.

GRU는 LSTM보다 파라미터 튜닝수가 적어서 학습시간이 LSTM 보다 짧게 걸리고 보다 적은 데이터로 학습이 가능하다. 하지만 학습데이터 수가 충분할 경우, LSTM이 우수한 학습능력을 보여줄 수 있기 때문에 본 연구에서는 두 알고리즘 모두 비교 검증하여 사용한다.GRU has fewer parameters to tune than LSTM, so it takes shorter learning time than LSTM and can learn with less data. However, since LSTM can show excellent learning ability when the number of training data is sufficient, in this study, both algorithms are compared and verified before use.

본 발명에서는 CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 가진 앙상블을 구성하여 전력수요를 예측하는 알고리즘을 제안한다. 본 발명은 시간 및 구간을 구분한 알고리즘 적용을 통해 각 시간 및 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 알고리즘을 채택하여 최종적인 전력수요를 예측하는 알고리즘이다.In the present invention, an algorithm for predicting power demand by constructing an ensemble having a parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU is proposed. The present invention is an algorithm that predicts the final power demand by adopting an algorithm having higher accuracy for each time and section by applying an algorithm that distinguishes time and section.

LSTM/GRU를 통해 각 구간별 전력수요 예측이 수행되고, 각 구간별 더 높은 정확도를 가지는 기법을 통해 산출된 예측값을 선정한다. 또한, N일 전에 예측한 값들은 아래의 수학식 13 및 수학식 14의 MAPE 및 RMSE 함수를 통해 오차를 분석할 수 있다.Power demand prediction for each section is performed through LSTM/GRU, and the predicted value calculated through a technique with higher accuracy for each section is selected. In addition, the values predicted N days ago can be analyzed for errors through the MAPE and RMSE functions of Equations 13 and 14 below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112020143875217-pat00033
Figure 112020143875217-pat00033

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112020143875217-pat00034
Figure 112020143875217-pat00034

RMSE는 평균 제곱근 오차의 준말로 실제값과 예측값의 차이를 제곱하고 다시 제곱근을 취해 측정값의 정밀도를 표현한다. MAPE는 실제값에 대한 상대오차의 비율을 모두 더한 다음 데이터 수로 나누어 0~100% 사이의 퍼센트값으로 측정값의 정밀도를 표현한다. RMSE is an abbreviation for root mean square error, which expresses the precision of measured values by squaring the difference between the actual value and the predicted value and taking the square root again. MAPE expresses the precision of the measured value as a percentage value between 0 and 100% by adding all the ratios of relative error to the actual value and then dividing by the number of data.

본 발명은 시간 및 구간을 구분한 알고리즘 적용을 통해 각 시간 및 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 알고리즘을 채택하여 최종적인 전력수요를 예측할 수 있다.The present invention can predict the final power demand by adopting an algorithm having higher accuracy for each time and section through the application of an algorithm that distinguishes time and section.

이에 따라, AI 기반 전력수요 예측 알고리즘 개발 및 수용가별 최적 운영 스케줄링을 통해 경제적인 편익과 에너지 효율성 향상에 기여할 수 있다. 또한, 기상요소, 지역별 인구밀도, 생활기상지수 등 전력수요 영향을 미치는 주요 변수를 활용함으로써, 수요 예측의 정확성과 객관성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, it can contribute to economic benefits and energy efficiency improvement through the development of an AI-based power demand prediction algorithm and optimal operation scheduling for each customer. In addition, it is possible to improve the accuracy and objectivity of demand forecasting by utilizing key variables that affect electricity demand, such as meteorological factors, regional population density, and daily weather index.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법의 흐름도이다.11 is a flowchart of a power demand prediction method using CNN according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다. The power demand prediction method using CNN according to this embodiment may be performed in substantially the same configuration as the device 10 of FIG. 1 . Accordingly, components identical to those of the apparatus 10 of FIG. 1 are given the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.

또한, 본 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은 CNN을 이용한 전력수요 예측을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.In addition, the power demand prediction method using CNN according to this embodiment may be executed by software (application) for performing power demand prediction using CNN.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은, 온라인 공공 데이터인 API로부터 전력수요 예측을 위한 기상요소들의 데이터를 수집한다(단계 S10). 이 경우, 데이터의 스케일 차이를 줄이기 위해 수집된 기상요소들의 데이터를 정규화하는 단계를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , in the power demand prediction method using CNN according to the present embodiment, data of meteorological factors for power demand prediction is collected from API, which is online public data (step S10). In this case, a step of normalizing the data of the collected meteorological factors may be further included in order to reduce the scale difference of the data.

상기 기상요소들의 데이터는, 시간 및 구간 따른 기상 데이터, 생활기상지수 데이터 및 과거 전력수요 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 포함한다.The data of the meteorological elements includes at least one of weather data according to time and interval, daily weather index data, and past power demand data.

전력 수요 예측에는 다양한 요소들이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 시간(n일 전, 1주일 전 등) 및 구간(계절, 분기 등)에 따른 기상데이터(온도, 습도, 풍속, 운량 등), 생활기상지수(불쾌지수, 체감온도 등), 과거 전력수요 데이터 등이 있다.Various factors can be used to predict electricity demand. For example, weather data (temperature, humidity, wind speed, cloudiness, etc.) There are weather index (discomfort index, perceived temperature, etc.), past power demand data, etc.

본 발명의 일 실시예에서는 CNN 알고리즘을 통해 전력수요 예측에 필요한 기상요소들을 분석할 수 있다. 분석된 기온, 습도, 기압, 풍속 등의 데이터는 기상청의 기상자료개방포털 등의 API를 통해서 수집될 수 있다. 알고리즘 수행의 유연성 및 민감도를 위해 데이터 수집 구간은 최근 1년, 3년 등 장기간으로 설정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, meteorological factors necessary for predicting power demand can be analyzed through a CNN algorithm. Data such as analyzed temperature, humidity, atmospheric pressure, and wind speed can be collected through APIs such as the meteorological data open portal of the Korea Meteorological Administration. For the flexibility and sensitivity of algorithm execution, the data collection period can be set for a long period of time, such as the last 1 year or 3 years.

수집된 데이터의 결측 데이터를 보완한다(단계 S20).Missing data of the collected data is complemented (step S20).

국내 전력수요, 기상요소와 사이트별 전력수요 데이터는 실제로 데이터베이스에 저장 시 누락데이터 또는 이상데이터가 존재할 수 있다. 이러한 데이터는 전력수요예측 정확도에 악영향을 미치며 특히 LSTM과 같이 딥러닝 기반의 알고리즘에 부정확성을 키우는 요소로 적용한다. 따라서, 결측 값 처리하기 위한 추가적인 작업이 필요하다.Domestic power demand, meteorological factors, and power demand data by site may have missing data or abnormal data when actually stored in the database. Such data adversely affects the accuracy of electricity demand forecasting, and is particularly applied as a factor that increases inaccuracy in deep learning-based algorithms such as LSTM. Therefore, additional work is required to handle missing values.

상기 수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 단계는, 데이터 패턴의 오버랩 비율을 통해 결측 데이터 유무를 판단한다. 그 결과, 결측 데이터의 수가 2개 이하일 경우, 평균 보간법(Mean Interpolation)을 이용하여 결측 데이터를 보완하고, 결측 데이터의 수가 3개 이상일 경우 ARIMA 시계열 예측 모형을 통해 결측 데이터를 보완할 수 있다.In the step of compensating for missing data of the collected data, the presence or absence of missing data is determined through an overlap ratio of data patterns. As a result, when the number of missing data is 2 or less, the missing data can be supplemented using mean interpolation, and when the number of missing data is 3 or more, the missing data can be supplemented through the ARIMA time series prediction model.

보완된 데이터를 입력으로 하는 합성곱 신경망인 CNN을 통해 예측인자간 상관관계를 분석하여 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택한다(단계 S30). 이 경우, 선택된 예측인자의 샘플링 속도를 통합하기 위해 데이터를 분류하고 리샘플링하는 단계를 더 포함할 수 있다.Correlation between predictors is analyzed through CNN, which is a convolutional neural network that takes the supplemented data as input, and predictors to be reflected in the prediction of electricity demand are selected for each section (step S30). In this case, a step of classifying and resampling the data to integrate the sampling rate of the selected predictor may be further included.

각 예측 인자별 상관계수 분석은 전력수요 예측 알고리즘 내 자동으로 높은 상관계수를 기준으로 선정하도록 하였으며 데이터가 갱신될 때마다 최적 입력변수를 선정할 수 있도록 구현할 수 있다.Correlation coefficient analysis for each predictor is automatically selected based on high correlation coefficient within the power demand prediction algorithm, and can be implemented to select the optimal input variable whenever data is updated.

CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 통해 각 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 최종적인 전력수요를 선정한다(단계 S40). 또한, N일 전에 예측한 전력수요 값들을 MAPE 및 RMSE 함수를 통해 오차를 분석할 수 있다.Through the parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU, the final power demand with higher accuracy is selected for each section (step S40). In addition, it is possible to analyze the error of the power demand values predicted N days ago through the MAPE and RMSE functions.

본 발명에서 실제 전력 수요를 예측하는 알고리즘은 2가지로 구분되는데 첫 번째로 LSTM은 시계열 데이터를 예측하는데 높은 성능을 가지는 딥러닝 알고리즘이다. 두 번째로 GRU는 LSTM의 간소화된 버전으로 3개의 게이트를 2개로 축소한 버전의 딥러닝 알고리즘이다. LSTM이 GRU에 비해 연산량이 많고, 예측 데이터의 크기가 클수록 GRU에 비해 LSTM의 예측 성능이 우수한 경향을 보인다. In the present invention, the algorithm for predicting actual power demand is divided into two types. First, LSTM is a deep learning algorithm that has high performance in predicting time series data. Second, GRU is a simplified version of LSTM, a deep learning algorithm that reduces three gates to two. Compared to GRU, LSTM tends to have better prediction performance than GRU as the amount of computation is larger and the prediction data size is larger.

본 발명에서는 CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 가진 앙상블을 구성하여 전력수요를 예측하는 알고리즘을 제안한다. 본 발명은 시간 및 구간을 구분한 알고리즘 적용을 통해 각 시간 및 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 알고리즘을 채택하여 최종적인 전력수요를 예측하는 알고리즘이다.In the present invention, an algorithm for predicting power demand by constructing an ensemble having a parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU is proposed. The present invention is an algorithm that predicts the final power demand by adopting an algorithm having higher accuracy for each time and section by applying an algorithm that distinguishes time and section.

따라서, 시간 및 구간을 구분한 알고리즘 적용을 통해 각 시간 및 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 알고리즘을 채택하여 최종적인 전력수요를 예측할 수 있다.Therefore, it is possible to predict the final power demand by adopting an algorithm having higher accuracy for each time and section by applying an algorithm that distinguishes time and section.

이와 같은, CNN을 이용한 전력수요 예측 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. Such a power demand prediction method using CNN may be implemented as an application or implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. Program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be those specially designed and configured for the present invention, or those known and usable to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. Examples of computer-readable recording media include 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 floptical disks. media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware device may be configured to act as one or more software modules to perform processing according to the present invention and vice versa.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand.

본 발명은 전력수요 예측 알고리즘 개발과 국내 및 수용가별 상관관계 분석에 활용할 수 있다. 따라서, 향후 수용가별 에너지 효율화 서비스 제공을 위해 선행되어야 할 에너지 소비행태 분석에 대해서 유용하게 참고 가능하며, 본 발명을 통해 수용가 형태에 맞는 최적의 스케줄링 기법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.The present invention can be used for the development of a power demand prediction algorithm and correlation analysis by domestic and customer. Therefore, it can be used as a useful reference for energy consumption behavior analysis, which should be preceded in order to provide energy efficiency services for each customer in the future, and it is expected that an optimal scheduling technique suitable for the type of customer can be presented through the present invention.

10: CNN을 이용한 전력수요 예측 장치
110: 데이터 수집부
130: 데이터 보완부
150: 예측인자 선택부
170: 전력수요 예측부
10: Power demand prediction device using CNN
110: data collection unit
130: data supplementation unit
150: predictor selection unit
170: power demand prediction unit

Claims (10)

온라인 공공 데이터인 API로부터 전력수요 예측을 위한 기상요소들의 데이터를 수집하는 단계;
수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 단계;
보완된 데이터를 입력으로 하는 합성곱 신경망인 CNN을 통해 예측인자간 상관관계를 분석하여 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택하는 단계; 및
CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 통해 각 구간별 전력수요 예측이 수행되고, 상기 CNN-LSTM과 CNN-GRU 중 각 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 기법을 통해 산출된 예측값을 선정하여 최종적인 전력수요를 선정하는 단계;를 포함하고,
상기 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택하는 단계는,
각 구간별로 전력수요 패턴과 예측인자의 패턴을 이미지 처리하여 전력수요 예측에 반영할 인자들을 선택하여 전력수요 예측에 사용되도록 하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 방법.
Collecting data of meteorological factors for electricity demand prediction from API, which is online public data;
Compensating for missing data of the collected data;
Selecting a predictor to be reflected in the prediction of power demand for each section by analyzing the correlation between predictors through CNN, which is a convolutional neural network that takes supplemented data as input; and
Through the parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU, power demand prediction is performed for each section, and the predicted value calculated through a technique with higher accuracy for each section is selected among the CNN-LSTM and CNN-GRU, and the final Including; selecting the power demand;
In the step of selecting a predictor to be reflected in the electricity demand forecast for each section,
An electric power demand forecasting method using CNN, which image-processes the electric power demand pattern and the predictor pattern for each section, selects factors to be reflected in electric power demand forecasting, and uses them for electric power demand forecasting.
제1항에 있어서,
상기 기상요소들의 데이터는, 시간 및 구간 따른 기상 데이터, 생활기상지수 데이터 및 과거 전력수요 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 포함하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 방법.
According to claim 1,
The data of the meteorological elements includes at least one of weather data according to time and interval, daily weather index data, and past power demand data, power demand prediction method using CNN.
제1항에 있어서, 상기 기상요소들의 데이터를 수집하는 단계는,
데이터의 스케일 차이를 줄이기 위해 수집된 기상요소들의 데이터를 정규화하는 단계;를 포함하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 방법.
The method of claim 1, wherein the step of collecting data of the meteorological factors,
A power demand prediction method using a CNN, comprising: normalizing data of collected meteorological factors in order to reduce the scale difference of the data.
제1항에 있어서, 상기 수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 단계는,
데이터 패턴의 오버랩 비율을 통해 결측 데이터 유무를 판단하는 단계; 및
결측 데이터의 수가 2개 이하일 경우, 평균 보간법(Mean Interpolation)을 이용하여 결측 데이터를 보완하고, 결측 데이터의 수가 3개 이상일 경우 ARIMA 시계열 예측 모형을 통해 결측 데이터를 보완하는 단계;를 포함하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 방법.
The method of claim 1, wherein the supplementing of missing data of the collected data comprises:
determining whether there is missing data through an overlap ratio of data patterns; and
Compensating for missing data using mean interpolation when the number of missing data is 2 or less, and supplementing for missing data through an ARIMA time series prediction model when the number of missing data is 3 or more; including, CNN. Electric power demand forecasting method using .
삭제delete 제1항에 있어서,
N일 전에 예측한 전력수요 값들을 MAPE 및 RMSE 함수를 통해 오차를 분석하는 단계;를 더 포함하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 방법.
According to claim 1,
Analyzing the error of the power demand values predicted N days ago through the MAPE and RMSE functions; further comprising a power demand prediction method using CNN.
제1항에 있어서,
선택된 예측인자의 샘플링 속도를 통합하기 위해 데이터를 분류하고 리샘플링하는 단계;를 더 포함하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 방법.
According to claim 1,
Classifying and resampling the data to integrate the sampling rate of the selected predictor; further comprising a power demand prediction method using CNN.
제1항에 따른 상기 CNN을 이용한 전력수요 예측 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.
A computer-readable storage medium on which a computer program for performing the method of predicting power demand using the CNN according to claim 1 is recorded.
온라인 공공 데이터인 API로부터 전력수요 예측을 위한 기상요소들의 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
수집된 데이터의 결측 데이터를 보완하는 데이터 보완부;
보완된 데이터를 입력으로 하는 합성곱 신경망인 CNN을 통해 예측인자간 상관관계를 분석하여 각 구간별로 전력수요 예측에 반영할 예측인자를 선택하는 예측인자 선택부; 및
CNN-LSTM과 CNN-GRU의 병렬 구조를 통해 각 구간별 전력수요 예측이 수행되고, 상기 CNN-LSTM과 CNN-GRU 중 각 구간별로 더 높은 정확도를 가지는 기법을 통해 산출된 예측값을 선정하여 최종적인 전력수요를 선정하는 전력수요 예측부;를 포함하고,
상기 예측인자 선택부는,
각 구간별로 전력수요 패턴과 예측인자의 패턴을 이미지 처리하여 전력수요 예측에 반영할 인자들을 선택하여 전력수요 예측에 사용되도록 하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 장치.
A data collection unit that collects data of meteorological factors for predicting power demand from API, which is online public data;
a data complementation unit that compensates for missing data of the collected data;
a predictor selection unit that analyzes the correlation between predictors through CNN, a convolutional neural network that takes the supplemented data as an input, and selects a predictor to be reflected in the electricity demand forecast for each section; and
Through the parallel structure of CNN-LSTM and CNN-GRU, power demand prediction is performed for each section, and the predicted value calculated through a technique with higher accuracy for each section is selected among the CNN-LSTM and CNN-GRU, and the final Including; power demand forecasting unit for selecting power demand;
The predictor selection unit,
An apparatus for predicting power demand using CNN, which selects factors to be reflected in prediction of power demand by image-processing the pattern of power demand and the pattern of predictors for each section to be used in prediction of power demand.
제9항에 있어서, 상기 데이터 보완부는,
데이터 패턴의 오버랩 비율을 통해 결측 데이터 유무를 판단하고, 결측 데이터의 수가 2개 이하일 경우, 평균 보간법(Mean Interpolation)을 이용하여 결측 데이터를 보완하고, 결측 데이터의 수가 3개 이상일 경우 ARIMA 시계열 예측 모형을 통해 결측 데이터를 보완하는, CNN을 이용한 전력수요 예측 장치.
10. The method of claim 9, wherein the data complementation unit,
The presence or absence of missing data is determined through the overlap ratio of data patterns, and if the number of missing data is 2 or less, the missing data is complemented using mean interpolation, and if the number of missing data is 3 or more, ARIMA time series prediction model A device for predicting power demand using CNN, supplementing missing data through
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