KR102544233B1 - Method and apparatus for compensating photovoltaic output prediction uncertainty and intermittency - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치가 수행하는 방법은, 종속변수로서 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터와 초기 독립변수로서 방재기상관측 자료에 기초하여, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하는 단계와, 상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하는 단계와, 상기 선정된 변수들을 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하는 단계와, 상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하는 단계와, 상기 예측된 태양광 발전량과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량을 비교하는 단계와, 상기 비교의 결과에 따라, BESS의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정하는 단계를 포함한다.A method performed by an apparatus for compensating for output prediction uncertainty and intermittence of photovoltaic power generation according to an embodiment is based on past power generation data of a photovoltaic power generation facility as a dependent variable and disaster prevention weather observation data as an initial independent variable, Additional creation of independent variables to reflect time-unit delay values and characteristics of time series data, and selection of variables to be used as inputs based on the correlation between the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variables. a step of inputting the selected variables into a pre-learned deep learning artificial neural network and predicting the amount of photovoltaic power generation of the photovoltaic power generation facility as an output of the deep learning artificial neural network; and Applying intermittence by multiplying the photovoltaic power generation data value by a random value following a Gaussian distribution, comparing the predicted photovoltaic power generation amount and the photovoltaic power generation amount to which the intermittency is applied, and according to the result of the comparison, the BESS and determining an operation mode as one of stop, charging operation, and discharging operation.
Description
본 발명은 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성을 보상하는 방법과 이러한 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for compensating for output prediction uncertainty and intermittency of a solar power plant and an apparatus for performing the method.
기후 변화 및 기온 상승 억제를 위한 탄소중립(Net-Zero) 정책은 국가 간 글로벌 패러다임으로 자리매김하였고, 파리협정과 UN 기후정상회의 이후 121개의 국가가 2050 탄소중립 목표 기후동맹에 가입하였다. 탄소중립 이행을 위해 탄소 국경세, 해운 온실가스 배출거래 등 다양한 탄소 저감 정책이 논의되고 있으며, 동시에 기업이 필요로 하는 전력의 100 [%]를 재생에너지로 대체하는 Renewable Energy 100(RE100) 캠페인의 확산은 재생에너지 보급 확대에 속도를 더하고 있다.Carbon-neutral (Net-Zero) policies to curb climate change and temperature rise have become a global paradigm between countries, and after the Paris Agreement and the UN Climate Summit, 121 countries have joined the Climate Alliance for the 2050 carbon-neutral goal. Various carbon reduction policies, such as carbon border tax and shipping greenhouse gas emission trade, are being discussed to achieve carbon neutrality. Diffusion is accelerating the spread of renewable energy.
국내 역시 에너지 기본계획 및 재생에너지 3020 이행계획 정책에 따라 재생에너지의 보급 확대가 활발히 이루어지고 있다. 2015년 대비 2019년 국내 태양광 발전 전력 생산 증가량은 지역별 최소 74 [%]에서 최대 421 [%]로 가파른 증가세를 보였다. 또한 기존 정책과 더불어 2050 탄소중립 추진전략이 더해지며 재생에너지 보급 확대는 더욱 가속화될 것으로 예상된다.Korea is also actively expanding the supply of renewable energy according to the Basic Energy Plan and the Renewable Energy 3020 Implementation Plan policy. Compared to 2015, the increase in domestic solar power generation in 2019 showed a steep increase from a minimum of 74 [%] to a maximum of 421 [%] by region. In addition, with the addition of the 2050 carbon neutral promotion strategy along with the existing policy, the expansion of renewable energy supply is expected to accelerate further.
현재 사용되는 재생에너지 중 외부적 요인에 따라 출력 변동을 보이는 가변 재생에너지(variable renewable energy, VRE)는 자연조건 의존에 따른 출력의 간헐성(intermittency) 및 예측 불확실성(uncertainty)을 내재한다. 예측 불확실성의 경우 가변 재생에너지의 발전 출력을 예측함에 있어 필연적인 예측 오차를 수반하는 특징을 말하며 간헐성은 가변 재생에너지의 발전 출력이 외부 조건에 따라 빠르게 변화하는 것을 의미한다. 앞서 언급된 배경에 따라 배전계통 내, 가변 재생에너지의 발전 비중이 증가할 경우 간헐성에 의한 급격한 출력 변화는 전력품질에 부정적인 영향을 초래할 수 있으며, 예측 불확실성으로 인해 기저 발전원의 경제급전 및 기동정지 계획에 영향을 끼치고, 예기치 못한 출력제한의 발생 원인이 될 수 있다. 재생에너지 보급 확대에 있어 가변 재생에너지의 간헐성 및 예측 불확실성은 필수적으로 극복해야 할 대상이다.Among currently used renewable energies, variable renewable energy (VRE), which shows output fluctuations according to external factors, inherently has intermittency and predictability of output depending on natural conditions. In the case of prediction uncertainty, it refers to a characteristic that inevitably involves prediction errors in predicting the generation output of variable renewable energy, and intermittency means that the generation output of variable renewable energy changes rapidly depending on external conditions. Based on the background mentioned above, if the share of variable renewable energy in power generation increases within the distribution system, rapid output changes due to intermittence may cause negative effects on power quality, and economic dispatch and shutdown of base power sources due to forecast uncertainty It can affect the plan and cause unexpected output limitations. In expanding the supply of renewable energy, the intermittency and predictive uncertainty of variable renewable energy are essential to be overcome.
일 실시예에 따르면, 가변 재생에너지의 일종인 태양광 발전의 간헐성 및 예측 불확실성을 BESS(battery energy storage system)를 통해 동시에 보상하는 방법 및 장치를 제공한다.According to an embodiment, a method and apparatus for simultaneously compensating for intermittency and predictive uncertainty of photovoltaic power generation, which is a type of variable renewable energy, through a battery energy storage system (BESS) are provided.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and another problem to be solved that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
제 1 관점에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치가 수행하는 방법은, 종속변수로서 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터와 초기 독립변수로서 방재기상관측 자료에 기초하여, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하는 단계와, 상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하는 단계와, 상기 선정된 변수들을 기학습된 딥러닝(deep learning) 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하는 단계와, 상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하는 단계와, 상기 예측된 태양광 발전량과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량을 비교하는 단계와, 상기 비교의 결과에 따라, BESS의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정하는 단계를 포함한다.The method performed by the solar power generation prediction uncertainty and intermittency compensation device according to the first aspect is based on the past power generation data of the solar power generation facility as a dependent variable and disaster prevention weather observation data as an initial independent variable, the amount of solar power generation Additional creation of independent variables to reflect time-unit delay values and characteristics of time series data, and selection of variables to be used as inputs based on the correlation between the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variables. a step of inputting the selected variables into a pre-learned deep learning artificial neural network and predicting the solar power generation amount of the photovoltaic power generation facility as an output of the deep learning artificial neural network; The step of applying intermittence by multiplying the actual photovoltaic power generation data value of the power generation facility by a random value following the Gaussian distribution, the step of comparing the predicted photovoltaic power generation amount and the photovoltaic power generation amount to which the intermittency was applied, and the result of the comparison Accordingly, determining an operation mode of the BESS as one of stop, charging operation, and discharging operation.
제 2 관점에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치는, 태양광 발전설비의 발전량 데이터와 방재기상관측 자료를 획득하는 데이터 획득부와, 소정의 입력에 대응한 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하도록 기학습된 딥러닝 인공신경망과, 프로세서부를 포함하고, 상기 프로세서부는, 상기 데이터 획득부에 의해 획득된 상기 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터를 종속변수로서 삼고, 상기 방재기상관측 자료를 초기 독립변수로서 삼으며, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하고, 상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하며, 상기 선정된 변수들을 상기 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량 예측 값을 획득하고, 상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하며, 상기 태양광 발전량 예측 값과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량의 비교하고, 상기 비교의 결과에 따라, BESS의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정한다.An apparatus for compensating for output prediction uncertainty and intermittence of photovoltaic power generation according to a second aspect includes a data acquisition unit that acquires power generation data and disaster prevention weather observation data of a photovoltaic power generation facility, and the photovoltaic power generation as an output corresponding to a predetermined input. It includes a deep learning artificial neural network pretrained to predict the amount of solar power generation of the facility, and a processor unit, wherein the processor unit takes past power generation data of the photovoltaic power generation facility acquired by the data acquisition unit as a dependent variable, and The disaster prevention meteorological observation data is taken as an initial independent variable, and independent variables are additionally created to reflect the time-unit delay value of solar power generation and the characteristics of time-series data, and the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variables are created. Based on the correlation between variables, variables to be used as inputs are selected, and the selected variables are input to the pre-learned deep learning artificial neural network, and the solar power generation amount of the solar power generation facility is output as the output of the deep learning artificial neural network. Obtaining a prediction value, applying intermittence by multiplying the actual photovoltaic power generation data value of the photovoltaic facility by a random value following a Gaussian distribution, and comparing the photovoltaic power generation prediction value with the photovoltaic power generation amount to which the intermittency was applied, According to the result of the comparison, the operation mode of the BESS is determined to be one of stop, charging operation, and discharging operation.
제 3 관점에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체는, 상기 컴퓨터 프로그램이, 프로세서에 의해 실행되면, 상기 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치가 수행하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.The computer readable recording medium storing the computer program according to the third aspect may, when the computer program is executed by the processor, perform the method performed by the apparatus for compensating for the output prediction uncertainty and intermittence of the photovoltaic power generation. Contains commands to do so.
제 4 관점에 따른 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터 프로그램이, 프로세서에 의해 실행되면, 상기 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치가 수행하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함한다.The computer program stored in the computer readable recording medium according to the fourth aspect is, when the computer program is executed by the processor, the processor performs the method performed by the output prediction uncertainty and intermittency compensation device of the photovoltaic power generation. Contains commands to do so.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 가변 재생에너지의 일종인 태양광 발전의 간헐성 및 예측 불확실성을 BESS를 통해 동시에 보상한다. 이처럼, 예측 불확실성 및 간헐성을 보상하기 때문에, 예측된 발전량과 같은 크기의 전력을 공급함으로써 기저 발전의 기동정지 계획 또는 경제급전 계획의 변화를 최소화할 수 있고, 수급 불균형으로 인한 재생에너지 출력제한 문제를 완화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, intermittency and predictive uncertainty of photovoltaic power generation, which is a type of variable renewable energy, are simultaneously compensated through the BESS. In this way, since forecast uncertainty and intermittency are compensated for, it is possible to minimize the change in the start-up plan or economic dispatch plan of base-load generation by supplying the same amount of power as the predicted generation amount, and to solve the problem of limiting renewable energy output due to supply-demand imbalance. can be alleviated
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치가 수행하는 네트워크 토폴로지 시각화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 변수 간 상관 계수 분석의 결과이다.
도 4는 독립변수 증가에 따른 최소 자승법 성능의 측정 결과이다.
도 5는 딥러닝 인공신경망의 구성도이다.
도 6은 하이퍼파라미터의 최적화 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 RNN을 통한 태양광 발전 출력 예측의 결과이다.
도 8은 RNN을 통한 태양광 발전 출력 예측 결과의 초기 7일 데이터이다.
도 9는 간헐성이 적용된 실제 태양광 발전량의 그래프이다.
도 10은 간헐성이 적용된 실제 태양광 발전량의 RR(ramp rate)이다.
도 11은 BESS 충·방전 구간을 나타낸 것이다.
도 12는 BESS의 SoC 결과이다.
도 13은 BESS 운전을 통한 간헐성 및 불활실성 보상의 결과를 나타낸 것이다.1 is a block diagram of an apparatus for compensating for output uncertainty and intermittence of photovoltaic power generation according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a network topology visualization method performed by an apparatus for compensating for output uncertainty and intermittence of photovoltaic power generation according to an embodiment of the present invention.
3 is a result of correlation coefficient analysis between variables.
4 is a result of measuring the performance of the least squares method according to an increase in an independent variable.
5 is a configuration diagram of a deep learning artificial neural network.
6 shows the results of optimizing hyperparameters.
7 is a result of predicting solar power generation output through RNN.
8 is data for the first 7 days of prediction results of photovoltaic power generation output through RNN.
9 is a graph of actual photovoltaic power generation to which intermittency is applied.
10 is a ramp rate (RR) of actual photovoltaic power generation to which intermittency is applied.
11 shows a BESS charge/discharge section.
12 is a SoC result of BESS.
13 shows the results of intermittency and uncertainty compensation through BESS operation.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. In the entire specification, when a part is said to 'include' a certain component, it means that it may further include other components, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 명세서에서 사용되는 ‘부’라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA나 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, ‘부’는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 ‘부’는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. ‘부’는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 ‘부’는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 ‘부’들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 ‘부’들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 ‘부’들로 더 분리될 수 있다.In addition, the term 'unit' used in the specification means software or a hardware component such as FPGA or ASIC, and 'unit' performs certain roles. However, 'wealth' is not limited to software or hardware. 'Unit' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, 'unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. Functions provided within components and 'parts' may be combined into a smaller number of elements and 'parts' or further separated into additional elements and 'parts'.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an apparatus for compensating for output uncertainty and intermittence of photovoltaic power generation according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치(100)는 데이터 획득부(110), 딥러닝 인공신경망(120) 및 프로세서부(130)를 포함하고, 제공부(140) 및/또는 BESS(150)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an
데이터 획득부(110)는 태양광 발전설비의 발전량 데이터와 방재기상관측 자료를 획득하여 딥러닝 인공신경망(120) 및/또는 프로세서부(130)에 제공한다. 예를 들어, 데이터 획득부(110)는 외부의 서버로부터 통신채널을 통하여 태양광 발전설비의 발전량 데이터와 방재기상관측 자료를 수신할 수 있다. 또는, 직렬 인터페이스를 통해 주변기기로부터 태양광 발전설비의 발전량 데이터와 방재기상관측 자료를 입력받을 수 있다.The
딥러닝 인공신경망(120)은 소정의 입력에 대응한 출력으로서 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하도록 기학습된다. 예를 들어, 딥러닝 인공신경망(120)은 변수들을 입력으로 하고 태양광 발전량 예측 값을 레이블로 포함하는 학습데이터세트를 기학습한 상태일 수 있다. 예컨대, 기학습된 딥러닝 인공신경망(120)은 입력되는 변수들에 대응하여 태양광 발전설비의 태양광 발전량 예측 값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 기학습된 딥러닝 인공신경망(120)은 하이퍼파라미터 중 시퀀스 사이즈, 배치사이즈, 드롭아웃 및 에포크 중 적어도 하나의 항목에 대해 최적화된 것일 수 있다. 예컨대, 딥러닝 인공신경망(120)은 MLP(multi layered perceptron), RNN(recurrent neural network), LSTM(long short term memory), GRU(gate recurrent unit)을 사용할 수 있다.The deep learning artificial
프로세서부(130)는 데이터 획득부(110)에 의해 획득된 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터를 종속변수로서 삼고, 방재기상관측 자료를 초기 독립변수로서 삼으며, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성한다. 여기서, 프로세서부(130)는 종속변수와 초기 독립변수를 하나의 데이터세트로 통합하고, 방재기상관측 자료 중 결측값을 다른 방재기상관측 자료를 이용해 대체한 후 독립변수를 추가 생성할 수 있다. 예컨대, 프로세서부(130)는 종속변수와 초기 독립변수를 다시 구분한 뒤, 태양광 발전량의 경향, 계절성, 시, 일, 주, 월, 연도 중 초기 독립변수 외에 적어도 하나의 독립변수를 추가 생성할 수 있다.The
그리고, 프로세서부(130)는 종속변수, 초기 독립변수 및 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정한다. 예를 들어, 프로세서부(130)는 상관 관계의 높낮이에 따라 초기 독립변수 및 추가 생성된 독립변수를 정렬한 뒤, 정렬된 독립변수를 순차적으로 증가시키며 변수 증가에 따른 최소 자승법 성능을 측정할 수 있고, 최소 자승법 성능을 측정한 결과에 기초하여, 정렬된 독립변수 중 적어도 하나를 입력으로 사용할 변수로서 선정할 수 있다.Then, the
그리고, 프로세서부(130)는 선정된 변수들을 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 태양광 발전설비의 태양광 발전량 예측 값을 획득한다. 그리고, 프로세서부(130)는 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용한다. 그리고, 프로세서부(130)는 태양광 발전량 예측 값과 간헐성을 적용한 태양광 발전량의 비교한다. 그리고, 프로세서부(130)는 비교의 결과에 따라, BESS의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정한다.Then, the
제공부(140)는 프로세서부(130)에 의한 처리의 결과를 제공한다. 예를 들어, 제공부(140)는 프로세서부(130)에 의해 결정된 BESS의 동작 모드에 대한 정보를 직렬 인터페이스를 통하여 연결된 주변기기에 출력할 수 있다. 또는, 제공부(140)는 프로세서부(130)에 의해 결정된 BESS의 동작 모드에 대한 정보를 통신채널을 통하여 외부로 송신할 수 있다. 또는, 프로세서부(130)에 의해 결정된 BESS의 동작 모드에 대한 정보를 디스플레이기기, 프린터 등을 통하여 시각화할 수 있다.The
BESS(150)는 프로세서부(130)에 의한 처리의 결과에 따라 정지 또는 동작할 수 있다. 예를 들어, BESS(150)는 프로세서부(130)에 의한 처리의 결과에 따라 정지, 충전 및 방전 중 어느 하나의 동작 모드로 구동될 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치가 수행하는 네트워크 토폴로지 시각화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a network topology visualization method performed by an apparatus for compensating for output uncertainty and intermittence of photovoltaic power generation according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치(100)가 수행하는 네트워크 토폴로지 시각화 방법에 대해 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a network topology visualization method performed by the
태양광 발전의 출력 예측 불확실성을 확인하기 위해 발전량 예측이 우선적으로 수행되어야 한다. 그에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치(100)는 비선형적 특성을 효과적으로 반영할 수 있는 딥러닝 인공신경망을 이용하여 발전량 예측을 진행한다. 그리고, 딥러닝 인공신경망을 통한 예측 수행 전에 데이터 전처리 과정을 통하여 추가적인 독립변수를 생성하거나 상관성이 높은 독립변수를 제거함으로써 과적합(overfitting)을 방지하고 우수한 예측성능을 가질 수 있도록 하는 딥러닝 인공신경망에 대한 최적 입력 변수를 선정한다.In order to check the output forecast uncertainty of photovoltaic power generation, the generation amount prediction should be performed first. Accordingly, the
데이터 획득부(110)가 태양광 발전설비의 발전량 데이터와 방재기상관측 자료를 획득하여 프로세서부(130)에 제공한다(S201). 본 발명의 일 실시예에 대한 설명을 위해, 종속변수는 공공데이터 포털을 통해 제공되는 남동발전의 제 3 태양광(350 [kW]) 발전설비 출력 데이터를 사용하였으며, 초기 독립변수로는 기상청의 기상자료개방 포털을 통해 제공되는 경상남도 고성군 방재기상관측 자료를 활용하였다. 방재기상관측 자료의 항목으로는 표 1과 같다.The
프로세서부(130)는 종속변수 및 독립변수를 하나의 데이터세트(dataset)로 통합한다. 그리고, 프로세서부(130)는 데이터 획득부(110)로부터 제공받은 태양광 발전설비의 발전량 데이터와 방재기상관측 자료에 대하여 기록 또는 측정되지 않은 결측값을 채우는 과정을 수행한다. 예를 들어, 1시간만 누락된 경우 측정되지 않은 시간의 전후 값의 평균을 취하여 대체할 수 있고, 1시간 이상 측정되지 않았을 경우 고성군과 가까운 사량도의 방재기상관측 자료로 대체할 수 있다. 고성군과 사량도의 방재기상관측 자료 모두 누락된 경우 누락된 시간의 다른 연도 값들을 평균하여 대체할 수 있다.The
이후, 프로세서부(130)는 다시 독립변수와 종속변수로 구분한 뒤 초기에 구성된 독립변수 외에 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성한다(S202). 예를 들어, 프로세서부(130)는 1시간, 2시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 태양광 발전량의 경향(trend) 및 계절성(seasonality), 시(hour), 일(day), 주(week), 월(month), 연도(year)를 독립변수로 추가 생성할 수 있다. 여기서, 경향은 추세 요인으로 부를 수 있고, 장기변동 요인을 의미한다. 이러한 경향은 훈련 데이터의 전체 기간에 대해 사용할 수 있다. 계절성은 계절 요인으로 부를 수 있고, 주기를 가지고 반복되는 변화를 의미한다. 계절성의 기간은 12개월(1년)의 주기를 사용한다.Thereafter, the
그리고, 프로세서부(130)는 이전 과정을 통해 추가 생성된 독립변수를 포함한 변수들 간의 상관 계수를 파악한다. 여기서, 프로세서부(130)에 의해 파악될 수 있는 변수들 간의 상관 계수를 도 3에 예시하였다. 이어서, 프로세서부(130)는 종속변수, 초기 독립변수 및 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 딥러닝 인공신경망(120)의 입력으로 사용할 변수들을 선정한다. 예를 들어, 프로세서부(130)는 상관 관계의 높낮이에 따라 초기 독립변수 및 추가 생성된 독립변수를 변수 간 상관성이 낮은 순으로 정렬한 뒤, 정렬된 독립변수를 순차적으로 증가시키며 변수 증가에 따른 최소 자승법(ordinary least squares, OLS) 성능을 측정할 수 있고, 최소 자승법 성능을 측정한 결과에 기초하여, 정렬된 독립변수 중 적어도 하나를 입력으로 사용할 변수로서 선정할 수 있다. 여기서, 상관성이 높은 독립변수를 제거하기 위해 VIF(variance inflation factor)를 이용할 수 있다. VIF는 분산팽창계수로도 불리며, 독립변수들간의 상관성이 있는가를 판단하는 지표이다. 이렇게 상관성이 높은 독립변수를 제거하는 것을 다중공선성(multicollinearity) 제거라 한다. 독립변수간 상관성이 높다는 뜻은 2개의 변수의 상관성이 높으므로 2개의 변수 모두 사용할 필요가 없음을 뜻하며 2개를 사용할 경우 오히려 분석 시 오류를 일으킬 가능성이 있다. VIF를 파악하는 방법은 독립변수가 여러 개 있을 때, 특정 독립변수를 종속변수로하고 나머지 독립변수를 독립변수로 하여 회귀분석을 수행하여 변수간에 관계성을 측정하므로써 다중공선성을 판단한다.Also, the
예를 들어, 프로세서부(130)는 독립변수 증가에 따른 최소 자승법 성능을 MAE(mean absolute error)와 MSE(mean square error)를 사용하여 측정할 수 있으며, 이는 아래의 수학식 1과 수학식 2로 정의된다. 독립변수 증가에 따른 최소 자승법 성능 측정 결과를 도 4에 예시하였다.For example, the
여기서, 는 측정값이고, 는 예측값이며, 은 데이터의 수이다.here, is the measured value, is the predicted value, is the number of data.
그리고, 프로세서부(130)는 이전의 처리 결과에 기초하여 딥러닝 인공신경망(120)에 입력으로 사용할 최적 변수를 선정한다(S203). 도 4의 예시에 따르면, 테스트 세트에서는 13개의 독립변수가 최소 자승법에 적용될 경우 14개를 적용한 것에 비해 가장 낮은 MAE, MSE를 보이며, 가장 우수한 최소 자승법 성능을 나타냈다. 이 경우에, 딥러닝 인공신경망(120)의 입력으로 사용할 독립변수는 총 13개로 결정한다.Then, the
일 실시예에 따라, 딥러닝 인공신경망(120)은 MLP, RNN, LSTM, GRU을 사용할 수 있고, 도 5에 딥러닝 인공신경망(120)의 구성을 예시하였다. 여기서, 딥러닝 인공신경망(120)은 사용자가 직접 설정하는 하이퍼파라미터(hyperparameter)가 최적화된 상태일 수 있다. 예를 들어, 딥러닝 인공신경망(120)은 하이퍼파라미터 중 시퀀스 사이즈(sequence size), 배치사이즈(batchsize), 드롭아웃(dropout) 및 에포크(epoch) 중 적어도 하나의 항목에 대해 최적화된 것일 수 있다. 예컨대, 딥러닝 인공신경망(120)의 하이퍼파라미터의 최적화를 위해 파라미터 값을 일정하게 증가시키며 최적의 하이퍼파라미터 값을 찾는 방식인 그리드 서치(grid search)를 사용할 수 있다. 딥러닝 인공신경망(120)의 하이퍼파라미터 최적화 결과를 도 6 및 표 2에 예시하였다. 도 6에서 (a)는 MLP이고, (b)는 RNN이며, (c)는 LSTM이고, (d)는 GRU이다.According to one embodiment, the deep learning artificial
하이퍼파라미터의 최적화가 적용된 딥러닝 인공신경망(120)의 성능은 표 3을 통해 나타냈으며, 특히 재귀회로 기반의 딥러닝 인공신경망인 RNN, LSTM 및 GRU는 MLP에 비해 우수한 성능을 보였다. 이는 재귀회로 기반의 딥러닝 인공신경망이 태양광 발전량과 같은 시계열 데이터에 적합한 예측 모델임을 의미한다. 하이퍼파라미터의 최적화 후 RNN이 가장 낮은 오차를 보인 것을 알 수 있다. RNN이 채용된 딥러닝 인공신경망(120)을 통해 태양광 발전량 예측의 결과는 도 7의 예시와 같다(S204). 도 8을 통해 예측 초기 7일간의 결과를 확대하여 나타냈다. 이러한 결과는 딥러닝 인공신경망(120)을 통한 예측 또한 불확실성이 존재함을 나타낸다.Table 3 shows the performance of the deep learning artificial
태양광 발전의 출력 간헐성은 날씨, 계절과 같은 외부적 요인에 의해 발생하며, 그 특징은 분 단위 태양광 출력에서 명확하게 확인할 수 있다. 데이터 획득부(110)가 1시간 단위 실제 태양광 발전량 데이터를 획득해 프로세서부(130)에 제공한 경우 간헐성을 나타내는 것에 한계가 있다. 이 경우에, 프로세서부(130)는 간헐성을 확률적으로 생성하여 시뮬레이션에 적용할 수 있다. 예를 들어, 프로세서부(130)는 딥러닝 인공신경망(120)으로서 RNN을 통해 출력된 테스트 세트의 결과 중 음의 값을 가지는 발전량과 태양광 발전설비가 전력을 생산할 수 없는 시간에 생산된 발전량을 0 [kW]로 처리할 수 있다. 이후 BESS(150) 적용 시 가장 극단적인 상황을 고려하기 위해 예측 초기 7일 중 가장 큰 오차가 발생한 날을 기준으로 간헐성을 적용할 수 있다(S205). 표 4를 통해 예측 초기 7일간의 성능을 나타냈으며 그 결과 예측 초기 첫 날(7/2)이 가장 큰 오차를 보였다.Output intermittence of photovoltaic power generation is caused by external factors such as weather and season, and its characteristics can be clearly identified in the minute unit solar power output. When the
(7/2)(7/2)
(7/3)(7/3)
(7/4)(7/4)
(7/5)(7/5)
(7/6)(7/6)
(7/7)(7/7)
(7/8)(7/8)
실시예에 따르면, 표 4의 결과를 바탕으로 예측 초기 첫날을 간헐성 적용 대상으로 선정할 수 있다. 그 적용 방식은 1시간 단위의 실제 태양광 발전량 데이터를 선형 보간법을 통해 1분 단위 태양광 발전량 데이터로 변경할 수 있다. 이후, 1분 단위로 변경된 실제 태양광 발전량 데이터 값에 평균이 1이고 표준편차가 0.2인 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용할 수 있다. 그 결과 도 9와 같이 실제 태양광 발전량에 간헐성이 적용되었음을 알 수 있다.According to the embodiment, based on the results of Table 4, the initial first day of prediction may be selected as an intermittent application target. The application method can change actual solar power generation data per hour to solar power generation data per minute through linear interpolation. Thereafter, intermittency may be applied by multiplying the actual photovoltaic power generation data value changed in units of 1 minute by a random value following a Gaussian distribution having an average of 1 and a standard deviation of 0.2. As a result, as shown in FIG. 9 , it can be seen that intermittency is applied to the actual amount of photovoltaic power generation.
태양광 발전의 간헐성이 높다는 뜻은 태양광 발전의 출력이 급격하게 변동하는 것을 의미한다. 그러한 간헐성을 수치적으로 나타내기 위해 RR(ramp rate)를 사용할 수 있고, 이를 통해 이전 출력 대비 현재 출력의 변동을 나타낼 수 있다. RR의 수식적 표현은 아래의 수학식 3으로 정의된다.The high intermittence of solar power generation means that the output of solar power generation fluctuates rapidly. In order to numerically represent such intermittency, a ramp rate (RR) can be used, and through this, a change in current output compared to previous output can be represented. The mathematical expression of RR is defined by Equation 3 below.
여기서, 는 시간 에서의 태양광 발전량이고, 은 의 시간 변화이다.here, time is the amount of solar power in silver is the time change of
예를 들어, 가변 재생에너지의 간헐성으로부터 전력품질을 유지하기 위해 RR를 각각 ±10, ±1∼5 [%/min]로 제한할 경우, 도 9와 같은 간헐성이 적용된 실제 태양광 발전량의 RR은 도 10과 같고, RR ±10 [%/min]를 초과하는 간헐성이 다수 포함된 것을 알 수 있다.For example, when RR is limited to ±10 and ±1 to 5 [%/min], respectively, in order to maintain power quality from the intermittency of variable renewable energy, the RR of the actual solar power generation amount applied with intermittence as shown in FIG. 9 is As shown in FIG. 10, it can be seen that a number of intermittents exceeding RR ±10 [%/min] are included.
BESS(150)는 생산된 전력을 저장한 후 필요한 시점에 전력을 공급하는 에너지 저장장치로써 주파수 조정용, 재생에너지 연계용, 피크 저감용, 비상 발전기 대체용 등으로 사용되고 있다. 태양광 발전의 예측 불확실성 및 간헐성은 수급 불균형과 기저 발전의 기동정지 및 경제급전 계획의 변화를 야기하며 출력제한 발생 원인이 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 기저 발전소 운영 계획의 변화를 최소화하기 위해 예측 불확실성 및 간헐성을 BESS(150)를 통해 동시에 보상할 수 있다.BESS (150) is an energy storage device that supplies power at a time when it is necessary after storing the produced power, and is used for frequency adjustment, renewable energy connection, peak reduction, and emergency generator replacement. Uncertainty and intermittency in solar power generation can cause supply and demand imbalances, shutdowns of base generation and changes in economic dispatch plans, and can cause output limitations. According to the present invention, prediction uncertainty and intermittence can be simultaneously compensated for through the
프로세서부(130)는 간헐성이 적용된 실제 태양광 발전량과 예측된 태양광 발전량을 비교한다(S206). 그리고, 프로세서부(130)는 비교 결과, 간헐성이 적용된 실제 태양광 발전량과 예측된 태양광 발전량이 동일하면 BESS(150)의 동작 모드를 유휴 상태로 결정한다(S209). 여기서, 프로세서부(130)는 비교 결과, 예측된 태양광 발전량에 비해 간헐성이 적용된 실제 태양광 발전량이 큰 경우 BESS(150)의 동작 모드를 충전 동작으로 결정한다(S210). 반대로, 프로세서부(130)는 간헐성이 적용된 실제 태양광 발전량이 예측된 태양광 발전량이 비해 작은 경우 BESS(150)의 동작 모드를 방전 동작으로 결정한다(S211).The
이렇게 프로세서부(130)에 의해 결정된 BESS(150)의 동작 모드에 대한 정보를 제공부(140)를 통해 외부에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제공부(140)는 프로세서부(130)에 의해 결정된 BESS의 동작 모드에 대한 정보를 직렬 인터페이스를 통하여 연결된 주변기기에 출력할 수 있다. 또는, 제공부(140)는 프로세서부(130)에 의해 결정된 BESS의 동작 모드에 대한 정보를 통신채널을 통하여 외부로 송신할 수 있다. 또는, 프로세서부(130)에 의해 결정된 BESS의 동작 모드에 대한 정보를 디스플레이기기, 프린터 등을 통하여 시각화할 수 있다.In this way, information on the operation mode of the
아울러, 프로세서부(130)의 제어 신호에 따라 BESS(150)가 유휴 상태, 충전 동작 및 방전 동작 중 단계 S209 내지 S211에서 결정된 동작 모드로 구동할 수 있다.In addition, according to the control signal of the
한편, 프로세서부(130)는 기설정된 시간에 도달하기 전까지 단계 S206부터 순차적으로 반복 수행하지만, 기설정된 시간에 도달한 후에는 BESS(150)에 대한 동작 모드 결정 알고리즘을 종료한다. 예를 들어, 프로세서부(130)는 태양광 발전이 이루어지지 않는 늦은 저녁시간(예컨대, 23:00시) 이후에는 BESS(150)에 대한 동작 모드 결정 알고리즘을 종료한다(S212).Meanwhile, the
또한, 프로세서부(130)는 BESS(150)의 필요 용량을 산정할 수 있다. 표 4를 통해 가장 큰 오차를 보인 예측 초기 첫 날 (도 9)을 기준으로 BESS(150)의 초기 운영 용량을 산정할 수 있고, 도 2의 BESS 동작 모드 결정 알고리즘을 적용할 경우 BESS(150)의 충·방전 구간은 도 12와 같다. BESS(150)의 초기 운영 용량은 수학식 4를 이용하여 산정할 수 있고, 1일 동안의 BESS(150) 충·방전에 따른 출력을 적분하여 BESS(150)의 초기 운영 용량을 계산할 수 있다. 그 결과 BESS 초기 운영 용량은 21.20 [kWh]으로 계산되었다.Also, the
여기서, 는 BESS 초기 운영 용량이며, 는 시간 에서의 BESS 출력이다.here, is the BESS initial operating capacity, time This is the BESS output from
BESS(150)의 동작 시작 시, 초기 SoC(state of charge)가 50 [%]일 때를 가정한 후, 완전 방전에 따른 BESS(150)의 수명 단축 및 과충전으로 인한 화재 방지를 위해 1일 운전 SoC의 범위를 20∼80 [%]로 제한할 경우 BESS(150)의 최소 용량은 46.30 [kWh]로 계산되었다. BESS의 1일 운전에 따른 SoC 변화는 도 13과 같으며 SoC 기준을 만족하는 것을 알 수 있다.When the BESS (150) starts operating, assuming that the initial state of charge (SoC) is 50 [%], it is operated for one day to reduce the lifespan of the BESS (150) due to complete discharge and to prevent fire due to overcharging When the SoC range is limited to 20∼80 [%], the minimum capacity of the BESS (150) is calculated to be 46.30 [kWh]. The SoC change according to the daily operation of the BESS is shown in FIG. 13, and it can be seen that the SoC standard is satisfied.
BESS(150)가 프로세서부(130)의 제어에 따라 도 12와 같은 충·방전 동작을 수행할 경우 예측된 태양광 발전량과 같은 출력을 가지는 태양광 발전이 가능하며, 도 13과 같이 간헐성 및 예측 불확실성이 보상된 것을 확인할 수 있다. When the
재생에너지 시장은 탄소중립 달성을 위해 지속적인 성장세를 나타내고 있다. 그에 따라 재생에너지의 예측 불확실성과 출력 간헐성 문제는 가변 재생에너지의 저변확대에 있어 반드시 해결해야 할 문제이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, BESS를 통해 예측 불확실성 및 간헐성을 동시에 보상할 수 있다.The renewable energy market continues to grow towards achieving carbon neutrality. Accordingly, the problem of forecast uncertainty and output intermittence of renewable energy is a problem that must be solved in expanding the base of variable renewable energy. According to an embodiment of the present invention, prediction uncertainty and intermittence can be simultaneously compensated for through BESS.
본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.Combinations of each step in each flowchart attached to the present invention may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions may be loaded into a processor of a general-purpose computer, a special-purpose computer, or other programmable data processing equipment, the instructions executed by the processor of the computer or other programmable data processing equipment function as described in each step of the flowchart. create a means to do them. These computer program instructions can also be stored on a computer usable or computer readable medium that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functions in a particular way, so that the computer usable or computer readable It is also possible that the instructions stored on the recording medium produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each step of the flowchart. The computer program instructions can also be loaded on a computer or other programmable data processing equipment, so that a series of operational steps are performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-executed process to generate computer or other programmable data processing equipment. Instructions for performing processing equipment may also provide steps for executing the functions described at each step in the flowchart.
또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.Further, each step may represent a module, segment or portion of code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical function(s). It should also be noted that in some alternative embodiments it is possible for the functions mentioned in the steps to occur out of order. For example, two steps shown in succession may in fact be performed substantially concurrently, or the steps may sometimes be performed in reverse order depending on the function in question.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential qualities of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치
110: 데이터 획득부
120: 딥러닝 인공신경망
130: 프로세서부
140: 제공부
150: BESS100: Output prediction uncertainty and intermittency compensation device for photovoltaic power generation
110: data acquisition unit
120: Deep learning artificial neural network
130: processor unit
140: provision unit
150: BESS
Claims (13)
종속변수로서 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터와 초기 독립변수로서 방재기상관측 자료에 기초하여, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하는 단계와,
상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하는 단계와,
상기 선정된 변수들을 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하는 단계와,
상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하는 단계와,
상기 예측된 태양광 발전량과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량을 비교하는 단계와,
상기 비교의 결과에 따라, BESS(battery energy storage system)의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정하는 단계를 포함하고,
상기 독립변수를 추가 생성하는 단계는,
상기 종속변수와 상기 초기 독립변수를 하나의 데이터세트로 통합하고, 상기 방재기상관측 자료 중 결측값을 다른 방재기상관측 자료를 이용해 대체하는
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 방법.As a method of performing the output prediction uncertainty and intermittency compensation device of photovoltaic power generation,
Based on the past power generation data of the solar power generation facility as a dependent variable and disaster prevention weather observation data as an initial independent variable, additionally generating an independent variable to reflect the characteristics of the time unit delay value and time series data of the solar power generation amount;
Selecting variables to be used as inputs based on correlations between the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variable;
Inputting the selected variables into a pre-learned deep learning artificial neural network and predicting the solar power generation amount of the solar power generation facility as an output of the deep learning artificial neural network;
Applying intermittence by multiplying the actual photovoltaic power generation data value of the photovoltaic power generation facility by a random value following a Gaussian distribution;
Comparing the estimated amount of photovoltaic power generation with the amount of photovoltaic power generation to which the intermittency is applied;
According to the result of the comparison, determining an operation mode of a battery energy storage system (BESS) as one of stop, charge operation, and discharge operation,
The step of additionally generating the independent variable,
Integrating the dependent variable and the initial independent variable into one data set, and replacing the missing values among the disaster prevention weather observation data with other disaster prevention weather observation data
Output prediction uncertainty and intermittency compensation method of photovoltaic power generation.
상기 독립변수를 추가 생성하는 단계는,
상기 종속변수와 상기 초기 독립변수를 다시 구분한 뒤, 상기 태양광 발전량의 경향(trend), 계절성(seasonality), 시(hour), 일(day), 주(week), 월(month), 연도(year) 중 상기 초기 독립변수 외에 적어도 하나의 독립변수를 추가 생성하는
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 방법.According to claim 2,
The step of additionally generating the independent variable,
After dividing the dependent variable and the initial independent variable again, the trend, seasonality, hour, day, week, month, and year of the solar power generation (year) to additionally create at least one independent variable in addition to the initial independent variable
Output prediction uncertainty and intermittency compensation method of photovoltaic power generation.
종속변수로서 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터와 초기 독립변수로서 방재기상관측 자료에 기초하여, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하는 단계와,
상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하는 단계와,
상기 선정된 변수들을 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하는 단계와,
상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하는 단계와,
상기 예측된 태양광 발전량과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량을 비교하는 단계와,
상기 비교의 결과에 따라, BESS(battery energy storage system)의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정하는 단계를 포함하고,
상기 입력으로 사용할 변수들을 선정하는 단계는,
상기 상관 관계의 높낮이에 따라 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수를 정렬한 뒤, 정렬된 독립변수를 순차적으로 증가시키며 변수 증가에 따른 최소 자승법 성능을 측정하고, 상기 최소 자승법 성능을 측정한 결과에 기초하여, 상기 정렬된 독립변수 중 적어도 하나를 상기 입력으로 사용할 변수로서 선정하는
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 방법.As a method of performing the output prediction uncertainty and intermittency compensation device of photovoltaic power generation,
Based on the past power generation data of the solar power generation facility as a dependent variable and disaster prevention weather observation data as an initial independent variable, additionally generating an independent variable to reflect the characteristics of the time unit delay value and time series data of the solar power generation amount;
Selecting variables to be used as inputs based on correlations between the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variable;
Inputting the selected variables into a pre-learned deep learning artificial neural network and predicting the solar power generation amount of the solar power generation facility as an output of the deep learning artificial neural network;
Applying intermittence by multiplying the actual photovoltaic power generation data value of the photovoltaic power generation facility by a random value following a Gaussian distribution;
Comparing the estimated amount of photovoltaic power generation with the amount of photovoltaic power generation to which the intermittency is applied;
According to the result of the comparison, determining an operation mode of a battery energy storage system (BESS) as one of stop, charge operation, and discharge operation,
In the step of selecting variables to be used as the input,
After arranging the initial independent variable and the additionally generated independent variable according to the height of the correlation, the sorted independent variable is sequentially increased, the least squares performance according to the increase in the variable is measured, and the least squares performance is measured Based on the result, selecting at least one of the sorted independent variables as a variable to be used as the input
Output prediction uncertainty and intermittence compensation method of photovoltaic power generation.
상기 기학습된 딥러닝 인공신경망은 하이퍼파라미터(hyperparameter) 중 시퀀스 사이즈(sequence size), 배치사이즈(batchsize), 드롭아웃(dropout) 및 에포크(epoch) 중 적어도 하나의 항목에 대해 최적화된 것인
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 방법.According to claim 4,
The pre-learned deep learning artificial neural network is optimized for at least one item of sequence size, batch size, dropout, and epoch among hyperparameters
Output prediction uncertainty and intermittency compensation method of photovoltaic power generation.
상기 결정하는 단계 이후, 기설정된 시간에 도달하기 전까지 상기 예측하는 단계부터 이후 단계들을 반복 수행하는
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 방법.According to claim 4,
After the determining step, repeating the following steps from the predicting step until a predetermined time is reached
Output prediction uncertainty and intermittency compensation method of photovoltaic power generation.
소정의 입력에 대응한 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하도록 기학습된 딥러닝 인공신경망과,
프로세서부를 포함하고,
상기 프로세서부는,
상기 데이터 획득부에 의해 획득된 상기 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터를 종속변수로서 삼고, 상기 방재기상관측 자료를 초기 독립변수로서 삼으며, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하고,
상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하며,
상기 선정된 변수들을 상기 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량 예측 값을 획득하고,
상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하며,
상기 태양광 발전량 예측 값과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량의 비교하고,
상기 비교의 결과에 따라, BESS의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정하며,
상기 종속변수와 상기 초기 독립변수를 하나의 데이터세트로 통합하고, 상기 방재기상관측 자료 중 결측값을 다른 방재기상관측 자료를 이용해 대체한 후 상기 독립변수를 추가 생성하는
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치.A data acquisition unit for acquiring power generation data and disaster prevention weather observation data of the photovoltaic power generation facility;
A deep learning artificial neural network pretrained to predict the solar power generation amount of the solar power generation facility as an output corresponding to a predetermined input;
Including a processor unit,
The processor unit,
The past power generation data of the photovoltaic power generation facility acquired by the data acquisition unit is taken as a dependent variable, the disaster prevention weather observation data is taken as an initial independent variable, and the time unit delay value of the photovoltaic power generation amount and the characteristics of time series data Create additional independent variables to reflect,
Based on the correlation between the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variable, variables to be used as input are selected;
Inputting the selected variables to the pre-learned deep learning artificial neural network to obtain a predicted value of the solar power generation amount of the photovoltaic power generation facility as an output of the deep learning artificial neural network,
Applying intermittence by multiplying the actual photovoltaic power generation data value of the photovoltaic power plant by a random value following a Gaussian distribution,
Comparing the solar power generation predicted value and the solar power generation to which the intermittence was applied,
According to the result of the comparison, the operation mode of the BESS is determined as one of stop, charging operation, and discharging operation,
Integrating the dependent variable and the initial independent variable into one data set, replacing the missing value among the disaster prevention weather observation data with other disaster prevention weather observation data, and then generating additional independent variables
Output prediction uncertainty and intermittence compensation device for photovoltaic power generation.
태양광 발전설비의 발전량 데이터와 방재기상관측 자료를 획득하는 데이터 획득부와,
소정의 입력에 대응한 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하도록 기학습된 딥러닝 인공신경망과,
프로세서부를 포함하고,
상기 프로세서부는,
상기 데이터 획득부에 의해 획득된 상기 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터를 종속변수로서 삼고, 상기 방재기상관측 자료를 초기 독립변수로서 삼으며, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하고,
상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하며,
상기 선정된 변수들을 상기 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량 예측 값을 획득하고,
상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하며,
상기 태양광 발전량 예측 값과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량의 비교하고,
상기 비교의 결과에 따라, BESS의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정하는
상기 프로세서부는,
상기 종속변수와 상기 초기 독립변수를 다시 구분한 뒤, 상기 태양광 발전량의 경향, 계절성, 시, 일, 주, 월, 연도 중 상기 초기 독립변수 외에 적어도 하나의 독립변수를 추가 생성하는
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치.According to claim 8,
A data acquisition unit for acquiring power generation data and disaster prevention weather observation data of the photovoltaic power generation facility;
A deep learning artificial neural network pretrained to predict the solar power generation amount of the solar power generation facility as an output corresponding to a predetermined input;
Including a processor unit,
The processor unit,
The past power generation data of the photovoltaic power generation facility acquired by the data acquisition unit is taken as a dependent variable, the disaster prevention weather observation data is taken as an initial independent variable, and the time unit delay value of the photovoltaic power generation amount and the characteristics of time series data Create additional independent variables to reflect,
Based on the correlation between the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variable, variables to be used as input are selected;
Inputting the selected variables to the pre-learned deep learning artificial neural network to obtain a predicted value of the solar power generation amount of the photovoltaic power generation facility as an output of the deep learning artificial neural network,
Applying intermittence by multiplying the actual photovoltaic power generation data value of the photovoltaic power plant by a random value following a Gaussian distribution,
Comparing the solar power generation predicted value and the solar power generation to which the intermittence was applied,
According to the result of the comparison, determining the operation mode of the BESS to one of stop, charge operation, and discharge operation
The processor unit,
After dividing the dependent variable and the initial independent variable again, generating at least one additional independent variable in addition to the initial independent variable among the trend, seasonality, time, day, week, month, and year of the solar power generation
Output prediction uncertainty and intermittence compensation device for photovoltaic power generation.
소정의 입력에 대응한 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량을 예측하도록 기학습된 딥러닝 인공신경망과,
프로세서부를 포함하고,
상기 프로세서부는,
상기 데이터 획득부에 의해 획득된 상기 태양광 발전설비의 과거 발전량 데이터를 종속변수로서 삼고, 상기 방재기상관측 자료를 초기 독립변수로서 삼으며, 태양광 발전량의 시간 단위 지연값 및 시계열 데이터의 특성을 반영하기 위한 독립변수를 추가 생성하고,
상기 종속변수, 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수 간의 상관 관계에 기초하여, 입력으로 사용할 변수들을 선정하며,
상기 선정된 변수들을 상기 기학습된 딥러닝 인공신경망에 입력하여, 상기 딥러닝 인공신경망의 출력으로서 상기 태양광 발전설비의 태양광 발전량 예측 값을 획득하고,
상기 태양광 발전설비의 실제 태양광 발전량 데이터 값에 가우시안 분포를 따르는 랜덤 값을 곱하여 간헐성을 적용하며,
상기 태양광 발전량 예측 값과 상기 간헐성을 적용한 태양광 발전량의 비교하고,
상기 비교의 결과에 따라, BESS의 동작 모드를 정지와 충전 동작 및 방전 동작 중 어느 하나로 결정하며,
상기 상관 관계의 높낮이에 따라 상기 초기 독립변수 및 상기 추가 생성된 독립변수를 정렬한 뒤, 정렬된 독립변수를 순차적으로 증가시키며 변수 증가에 따른 최소 자승법 성능을 측정하고,
상기 최소 자승법 성능을 측정한 결과에 기초하여, 상기 정렬된 독립변수 중 적어도 하나를 상기 입력으로 사용할 변수로서 선정하는
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치.A data acquisition unit for acquiring power generation data and disaster prevention weather observation data of the photovoltaic power generation facility;
A deep learning artificial neural network pretrained to predict the solar power generation amount of the solar power generation facility as an output corresponding to a predetermined input;
Including a processor unit,
The processor unit,
The past power generation data of the photovoltaic power generation facility acquired by the data acquisition unit is taken as a dependent variable, the disaster prevention weather observation data is taken as an initial independent variable, and the time unit delay value of the photovoltaic power generation amount and the characteristics of time series data Create additional independent variables to reflect,
Based on the correlation between the dependent variable, the initial independent variable, and the additionally generated independent variable, variables to be used as input are selected;
Inputting the selected variables to the pre-learned deep learning artificial neural network to obtain a predicted value of the solar power generation amount of the photovoltaic power generation facility as an output of the deep learning artificial neural network,
Applying intermittence by multiplying the actual photovoltaic power generation data value of the photovoltaic power plant by a random value following a Gaussian distribution,
Comparing the solar power generation predicted value and the solar power generation to which the intermittence was applied,
According to the result of the comparison, the operation mode of the BESS is determined as one of stop, charging operation, and discharging operation,
After sorting the initial independent variable and the additionally generated independent variable according to the height of the correlation, sequentially increasing the sorted independent variable and measuring the performance of the least squares method according to the increase in the variable,
Selecting at least one of the sorted independent variables as a variable to be used as the input based on the result of measuring the least squares performance
Output prediction uncertainty and intermittence compensation device for photovoltaic power generation.
상기 기학습된 딥러닝 인공신경망은 하이퍼파라미터 중 시퀀스 사이즈, 배치사이즈, 드롭아웃 및 에포크 중 적어도 하나의 항목에 대해 최적화된 것인
태양광 발전의 출력 예측 불확실성 및 간헐성 보상 장치.According to claim 10,
The pre-learned deep learning artificial neural network is optimized for at least one item of sequence size, batch size, dropout, and epoch among hyperparameters
Output prediction uncertainty and intermittence compensation device for photovoltaic power generation.
상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium storing a computer program,
When the computer program is executed by a processor,
A computer-readable recording medium comprising instructions for causing the processor to perform the method of any one of claims 2 to 6.
상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
As a computer program stored on a computer-readable recording medium,
When the computer program is executed by a processor,
A computer program comprising instructions for causing the processor to perform the method of any one of claims 2 to 6.
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