KR102545304B1 - Apparatus and method managing power based on predicting power peak guideline - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 요금을 절감할 수 있는 예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 실시 예에 따른 예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 방법은, 전력 관리 장치의 프로세서에 의해 수행되는 전력 관리 방법으로서, 전력 수요 주체에 구비된 IoT 센서로부터 수집한 센서 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계와, 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계와, 예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성하는 단계와, 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention relates to a power management apparatus and method using a predicted power peak guideline capable of reducing electricity costs. The power management method using the predicted power peak guideline according to the present embodiment is a power management method performed by a processor of a power management device, and uses time-series power consumption by using sensor data collected from an IoT sensor provided in a power demand entity. Generating data, generating future predicted power usage data by applying the time-series power usage data to a Fourier series to which coefficients are fitted, and predicting a power upper limit value that determines a predicted power upper limit value using the predicted power usage data as an input Determining a predicted power upper limit value from the predicted power usage data using a model and generating a predicted power peak guideline, and generating an alarm that the electricity rate is exceeded based on the distance from the time-series power usage data to the predicted power peak guideline. steps may be included.

Description

예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD MANAGING POWER BASED ON PREDICTING POWER PEAK GUIDELINE}Apparatus and method for power management using predicted power peak guidelines {APPARATUS AND METHOD MANAGING POWER BASED ON PREDICTING POWER PEAK GUIDELINE}

본 발명은 전기 요금을 절감할 수 있는 예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power management apparatus and method using a predicted power peak guideline capable of reducing electricity costs.

최근 전력 관리의 주체가 공급 위주에서 수요 중심으로 변화하면서 소비 부분 전력 관리의 중요성이 대두되고 있다. 전력 수요 관리는 마이크로그리드와 같은 큰 규모의 지역적 부하에서부터 건물단위, 심지어 한 수용가 단위까지 다양한 규모의 부하를 주체로 한다. 전력 수요를 관리하는데 가장 기본이 되는 연구는 바로 전력 소비 패턴을 이해하고, 전력 소모량을 예측하는 것이다. 미래의 전력 사용량을 예측하는 연구는 이전부터 다양한 방법으로 시행되고 있다. 국내의 선행 연구들을 살펴보면 대체로 기상정보를 활용하여 전력 사용량을 예측하고 있다. 그러나 기온 데이터 추이의 주기는 전력 사용량 추이의 주기와 상이한데, 두 데이터의 주기를 반영하지 않고 전력 사용량을 예측하므로, 정확한 전력 사용량을 예측하는데 어려움이 있다.Recently, as the subject of power management changes from supply-oriented to demand-oriented, the importance of power management in the consumption part is emerging. Power demand management deals with loads of various scales, from large-scale regional loads such as microgrids to building units and even single consumer units. The most basic research to manage power demand is to understand the pattern of “power” consumption and to predict the “power” consumption. Research on predicting future  power use has been conducted in various ways. Looking at previous studies in Korea, electricity consumption is predicted using weather information. However, since the cycle of the temperature data trend is different from the cycle of the trend of power consumption, it is difficult to accurately predict the power consumption because the cycle of the two data is not reflected and the power consumption is predicted.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The foregoing background art is technical information that the inventor possessed for derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to filing the present invention.

국내 등록특허공보 제10-1355978호(2014.01.21)Korean Registered Patent Publication No. 10-1355978 (2014.01.21)

본 발명의 일 과제는, 전력 수요 주체에 대한 예측 전력 사용량 및 예측 전력 피크 가이드라인을 생성 및 제공하여 전력 수요 주체의 전기 요금을 절감시킬 수 있는 전력 관리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a power management device and method capable of reducing electric charges of a power demander by generating and providing predicted power consumption and predicted power peak guidelines for the power demander.

본 발명의 일 과제는, 전력 수요 주체에 대한 예측 전력 사용량 및 예측 전력 피크 가이드라인을 생성 및 제공하여 전력 수요 주체의 전기 요금 예산 책정에 도움을 줄 수 있는 전력 관리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a power management apparatus and method capable of generating and providing predicted power consumption and predicted power peak guidelines for the power demand entity, thereby helping the power demand entity to set an electric bill budget.

본 발명의 일 과제는, 전력 수요 주체에 대한 예측 전력 사용량 및 예측 전력 피크 가이드라인을 생성 및 제공하여 전력 수요 주체로의 전력 공급 스케줄링에 도움을 줄 수 있는 전력 관리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a power management apparatus and method capable of generating and providing predicted power consumption and predicted power peak guidelines for power demand entities to assist in power supply scheduling to power demand entities.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description and more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will be. In addition, it will be appreciated that the problems and advantages to be solved by the present invention can be realized by the means and combinations indicated in the claims.

본 실시 예에 따른 예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 방법은, 전력 관리 장치의 프로세서에 의해 수행되는 전력 관리 방법으로서, 전력 수요 주체에 구비된 IoT 센서로부터 수집한 센서 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계와, 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계와, 예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성하는 단계와, 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생하는 단계를 포함할 수 있다.The power management method using the predicted power peak guideline according to the present embodiment is a power management method performed by a processor of a power management device, and uses time-series power consumption by using sensor data collected from an IoT sensor provided in a power demand entity. Generating data, generating future predicted power usage data by applying the time-series power usage data to a Fourier series to which coefficients are fitted, and predicting a power upper limit value that determines a predicted power upper limit value using the predicted power usage data as an input Determining a predicted power upper limit value from the predicted power usage data using a model and generating a predicted power peak guideline, and generating an alarm that the electricity rate is exceeded based on the distance from the time-series power usage data to the predicted power peak guideline. steps may be included.

본 실시 예에 따른 예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 장치는, 전력 관리 장치로서, 프로세서 및 프로세서와 동작 가능하게 연결되고 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드를 저장하는 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서를 통해 실행될 때, 프로세서가 전력 수요 주체에 구비된 IoT 센서로부터 수집한 센서 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하고, 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성하고, 예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성하며, 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생하도록 야기하는 코드를 저장할 수 있다.A power management device using predicted power peak guidelines according to the present embodiment is a power management device, and includes a processor and a memory operably connected to the processor and storing at least one code executed by the processor. When executed through, the processor generates time-series power usage data using sensor data collected from the IoT sensor provided in the power demand entity, and applies the time-series power usage data to the Fourier series to which the coefficients are fitted to predict future power usage. Generates data, determines the predicted power upper limit from the predicted power usage data by using a power cap prediction model that determines the predicted power cap using the predicted power usage data as an input, generates a predicted power peak guideline, and time-series power usage data code that causes an alarm to be exceeded based on the distance from the predicted power peak guideline.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 더 제공될 수 있다.In addition to this, another method for implementing the present invention, another system, and a computer readable recording medium storing a computer program for executing the method may be further provided.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims and detailed description of the invention.

본 발명에 의하면, 전력 수요 주체에 대한 예측 전력 사용량 및 예측 전력 피크 가이드라인을 생성 및 제공하여 전력 수요 주체의 전기 요금을 절감시킬 수 있는 전력 관리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a power management apparatus and method capable of reducing electric charges of a power demander by generating and providing predicted power consumption and predicted power peak guidelines for the power demander.

또한, 전력 수요 주체에 대한 예측 전력 사용량 및 예측 전력 피크 가이드라인을 생성 및 제공하여 전력 수요 주체의 전기 요금 예산 책정에 도움을 줄 수 있는 전력 관리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a power management device and method capable of assisting the power demander in setting a budget for electric charges by generating and providing predicted power consumption and predicted power peak guidelines for the power demander.

또한, 전력 수요 주체에 대한 예측 전력 사용량 및 예측 전력 피크 가이드라인을 생성 및 제공하여 전력 수요 주체로의 전력 공급 스케줄링에 도움을 줄 수 있는 전력 관리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a power management apparatus and method capable of assisting in power supply scheduling to a power demand entity by generating and providing predicted power consumption and predicted power peak guidelines for the power demand entity.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 실시 예에 따른 전력 관리 환경의 예시도이다.
도 2는 본 실시 예에 따른 전력 관리 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 전력 관리 장치 중 전력 관리부의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 IoT 센서로부터 수집한 데이터를 이용하여 생성한 분당 전력 데이터를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 피팅된 푸리에 급수의 계수를 보이는 도면이다.
도 6은 본 실시 예에 따른 평균 전력 사용량을 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 생성한 예측 평균 전력 사용량 데이터를 가시화한 그래프이다.
도 7은 본 실시 예에 따른 강화학습 기반의 예측 전력 피크 가이드라인의 결정을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 실시 예에 따른 예측 전력 피크 가이드라인을 가시화한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 실시 예에 따른 전력 관리를 위한 알람 발생의 예시도이다.
도 11은 다른 실시 예에 따른 전력 관리 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 12는 본 실시 예에 따른 전력 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is an exemplary diagram of a power management environment according to an exemplary embodiment.
2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a power management device according to an exemplary embodiment.
FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a power management unit in the power management device of FIG. 2 .
4 is a diagram illustrating power per minute data generated using data collected from an IoT sensor according to an embodiment.
5 is a diagram showing the coefficients of the fitted Fourier series according to the present embodiment.
6 is a graph visualizing predicted average power consumption data generated by applying average power consumption to a Fourier series to which coefficients are fitted according to the present embodiment.
7 is a diagram illustrating determination of a reinforcement learning-based predicted power peak guideline according to an embodiment.
8 is a graph visualizing the predicted power peak guideline according to the present embodiment.
9 and 10 are exemplary diagrams of generating an alarm for power management according to the present embodiment.
11 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a power management device according to another exemplary embodiment.
12 is a flowchart illustrating a power management method according to an exemplary embodiment.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will become clear with reference to the detailed description of embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the embodiments presented below, but may be implemented in a variety of different forms, and includes all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. . The embodiments presented below are provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention to which the present invention belongs. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded. Terms such as first and second may be used to describe various components, but components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 본 출원서에서, "부"는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.In addition, in this application, “unit” may be a hardware component such as a processor or a circuit, and/or a software component executed by a hardware component such as a processor.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are assigned the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof are omitted. I'm going to do it.

도 1은 본 실시 예에 따른 전력 관리 환경의 예시도이다. 도 1을 참조하면 전력 관리 환경(1)은, 전력 관리 장치(100), 전력 수요 주체(200), IoT 센서(300), 사용자 단말기(400) 및 네트워크(500)를 포함할 수 있다.1 is an exemplary diagram of a power management environment according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 1 , a power management environment 1 may include a power management device 100, a power demand entity 200, an IoT sensor 300, a user terminal 400, and a network 500.

전력 관리 장치(100)는 전력 수요 주체(200)에 구비된 IoT 센서(300)로부터 수집한 센서 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 본 실시 예에서 시계열 전력 사용량 데이터는, 기설정된 분류 기준에 따라 분류된 센싱 데이터로부터 센싱 시간에 대응하는 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다. 또한 시계열 전력 사용량 데이터는 제1 주기 동안의 시계열 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다. The power management device 100 may generate time-series power consumption data using sensor data collected from the IoT sensor 300 provided in the power demand entity 200 . In this embodiment, time-series power usage data may include power usage data corresponding to a sensing time from sensing data classified according to a predetermined classification criterion. Also, the time-series power usage data may include time-series power usage data during the first period.

전력 관리 장치(100)는 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 여기서 시계열 전력 사용량 데이터는 제1 주기를 가지며, 제1 주기는 기설정된 시간을 갖는 T개의 제1 타임 스텝으로 구성될 수 있다. 구체적으로 기설정된 시간은 24시간을 포함할 수 있고, 제1 타임 스텝은 1분을 포함할 수 있으며, T는 1440개를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 전력 관리 장치(100)는 예측 전력 사용량 데이터를 생성하기 이전에, 예측 전력 사용량 데이터로부터 주기 함수로서의 푸리에 급수를 산출하고, 푸리에 급수의 계수를 피팅할 수 있다. 전력 관리 장치(100)는 주기를 갖는 시계열 전력 사용량 데이터로부터 푸리에 급수를 산출하고, 푸리에 급수의 계수를 피팅할 수 있다.The power management device 100 may generate future predicted power usage data by applying the time-series power usage data to a Fourier series to which coefficients are fitted. Here, the time-series power usage data has a first period, and the first period may consist of T first time steps having preset times. Specifically, the preset time may include 24 hours, the first time step may include 1 minute, and T may include 1440 times. In this embodiment, before generating predicted power usage data, the power management apparatus 100 may calculate a Fourier series as a periodic function from the predicted power usage data and fit coefficients of the Fourier series. The power management apparatus 100 may calculate a Fourier series from time-series power usage data having a period, and may fit coefficients of the Fourier series.

전력 관리 장치(100)는 예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여, 푸리에 급수의 연산을 통해 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성할 수 있다. 여기서 전력 상한값 예측 모델에 입력되는 예측 전력 사용량 데이터는 기설정된 시간을 갖는 L개의 제2 타임 스텝으로 구성된 제1 주기의 데이터일 수 있다. 구체적으로 기설정된 시간은 24시간을 포함할 수 있고, 제2 타임 스텝은 15분을 포함할 수 있으며, L은 96개를 포함할 수 있다.The power management device 100 determines the predicted power upper limit value from the predicted power usage data through operation of a Fourier series using a power upper limit prediction model that determines the predicted power upper limit value by taking the predicted power consumption data as an input and predicts the peak power guide line can be created. Here, the predicted power consumption data input to the power upper limit prediction model may be data of a first period composed of L second time steps having preset times. Specifically, the preset time may include 24 hours, the second time step may include 15 minutes, and L may include 96.

본 실시 예에서, 전력 상한값 예측 모델은 L개의 제2 타임 스텝으로 구성된 예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 전력 상한값을 출력하는 인공지능 모델을 포함할 수 있으며, 전력 관리 장치(100)는 전력 상한값 예측 모델의 생성을 위해 인공지능 모델을 훈련시킬 수 있다. In this embodiment, the power upper limit prediction model may include an artificial intelligence model that outputs an upper power limit value by taking as input predicted power consumption data consisting of L second time steps, and the power management device 100 predicts the power upper limit value An AI model can be trained to create a model.

전력 관리 장치(100)는 지도학습, 비지도학습 또는 강화학습을 이용하여 인공지능 모델을 훈련시켜 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장할 수 있다. 일 실시 예로, 전력 관리 장치(100)는 강화학습을 이용하여 인공지능 모델을 훈련시켜 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장할 수 있는데, 강화 학습은, 에이전트(agent)가 매 순간 어떤 행동을 해야 좋을지 분석할 수 있는 환경이 주어진다면, 데이터 없이 경험으로 가장 좋을 길을 찾을 수 있다는 이론을 포함할 수 있다. 강화 학습은 주로 마르코프 결정 과정(markov decision process, MDP)에 의하여 수행될 수 있다.The power management device 100 may generate and store a power upper limit prediction model by training an artificial intelligence model using supervised learning, unsupervised learning, or reinforcement learning. As an example, the power management device 100 may generate and store a power upper limit prediction model by training an artificial intelligence model using reinforcement learning, and the reinforcement learning analyzes what action an agent should take every moment. Given the circumstances to do so, one could include the theory that the best path can be found by experience, without data. Reinforcement learning can be performed mainly by a Markov decision process (MDP).

마르코프 결정 과정을 설명하면, 첫 번째로 에이전트가 다음 행동을 하기 위해 필요한 정보들이 구성된 환경이 주어지며, 두 번째로 그 환경에서 에이전트가 어떻게 행동할지 정의하고, 세 번째로 에이전트가 무엇을 잘하면 보상(reward)을 주고 무엇을 못하면 벌점(penalty)을 줄지 정의하며, 네 번째로 미래의 보상이 최고점에 이를 때까지 반복 경험하여 최적의 정책(policy)을 도출할 수 있다.To explain the Markov decision process, first, an environment in which the information necessary for the agent to take the next action is given, second, how the agent will behave in that environment, and third, if the agent does well, a reward ( Fourth, the optimal policy can be derived by repeating experience until the future reward reaches the highest point.

전력 관리 장치(100)는 제1 주기 동안 제2 타임 스텝마다 전력 상한값 예측 모델을 통해 출력되는 L개의 예측 전력 상한값에 대한 평균값을 제1 주기 동안의 예측 전력 피크 가이드라인으로 결정할 수 있다.The power management device 100 may determine an average value of L predicted power upper limit values output through the power upper limit value prediction model at every second time step during the first period as a predicted power peak guideline during the first period.

전력 관리 장치(100)는 예측 전력 피크 가이드라인이 결정되면, 입력되는 현재의 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생시킬 수 있다. 전력 관리 장치(100)는 입력되는 현재의 시계열 전력 사용량 데이터 및 예측 전력 피크 가이드라인으로부터 산출한 유클리디안 거리(Euclidean distance)가 기설정된 임계값 미만임에 따라 전기 요금이 초과될 수 있는 예측 시간대를 포함하는 알람을 발생하고, 이 알람을 사용자 단말기(400)에 전송할 수 있다. 알람을 수신한 사용자 단말기(400)는 전력 수요 주체(200)의 전력이 절감될 수 있도록, 전력 수요 주체(200)의 불필요한 전력을 차단 관리할 수 있다. When the predicted power peak guideline is determined, the power management device 100 may generate an alarm indicating that an electric charge is exceeded based on a distance from input current time-series power usage data to the predicted power peak guideline. The power management device 100 predicts a time period in which electricity rates may exceed according to a Euclidean distance calculated from input current time-series power usage data and predicted power peak guidelines that are less than a preset threshold. An alarm including may be generated and the alarm may be transmitted to the user terminal 400 . Upon receiving the alarm, the user terminal 400 may cut off and manage unnecessary power of the power demand entity 200 so that the power of the power demand entity 200 can be saved.

본 실시 예에서, 전력 관리 장치(100)는 서버 형태로 독립적으로 존재하거나, 전력 관리 장치(100)가 제공하는 기능을 어플리케이션 형태로 구현하여 사용자 단말기(400)에 탑재할 수 있다.In this embodiment, the power management device 100 may exist independently in the form of a server or may implement functions provided by the power management device 100 in the form of an application and be installed in the user terminal 400 .

또한, 전력 관리 장치(100)는 각종 인공지능 알고리즘을 적용하는데 필요한 데이터를 제공하는 데이터베이스 서버일 수 있다.In addition, the power management device 100 may be a database server that provides data necessary for applying various artificial intelligence algorithms.

여기서 인공 지능(artificial intelligence, AI)은, 인간의 지능으로 할 수 있는 사고, 학습, 자기계발 등을 컴퓨터가 할 수 있도록 하는 방법을 연구하는 컴퓨터 공학 및 정보기술의 한 분야로, 컴퓨터가 인간의 지능적인 행동을 모방할 수 있도록 하는 것을 의미할 수 있다.Here, artificial intelligence (AI) is a field of computer science and information technology that studies how to enable computers to do thinking, learning, and self-development that can be done with human intelligence. It can mean allowing you to imitate intelligent behavior.

또한, 인공지능은 그 자체로 존재하는 것이 아니라, 컴퓨터 과학의 다른 분야와 직간접으로 많은 관련을 맺고 있다. 특히 현대에는 정보기술의 여러 분야에서 인공지능적 요소를 도입하여, 그 분야의 문제 풀이에 활용하려는 시도가 매우 활발하게 이루어지고 있다.Also, artificial intelligence does not exist by itself, but is directly or indirectly related to other fields of computer science. In particular, in modern times, attempts to introduce artificial intelligence elements in various fields of information technology and use them to solve problems in those fields are being actively made.

머신 러닝(machine learning)은 인공지능의 한 분야로, 컴퓨터에 명시적인 프로그램 없이 배울 수 있는 능력을 부여하는 연구 분야를 포함할 수 있다. 구체적으로 머신 러닝은, 경험적 데이터를 기반으로 학습을 하고 예측을 수행하고 스스로의 성능을 향상시키는 시스템과 이를 위한 알고리즘을 연구하고 구축하는 기술이라 할 수 있다. 머신 러닝의 알고리즘들은 엄격하게 정해진 정적인 프로그램 명령들을 수행하는 것이라기보다, 입력 데이터를 기반으로 예측이나 결정을 이끌어내기 위해 특정한 모델을 구축하는 방식을 취할 수 있다.Machine learning is a branch of artificial intelligence that can include areas of study that give computers the ability to learn without being explicitly programmed. Specifically, machine learning can be said to be a technology that studies and builds a system that learns based on empirical data, makes predictions, and improves its own performance, as well as algorithms for it. Algorithms in machine learning can take the form of building specific models to derive predictions or decisions based on input data, rather than executing rigidly defined static program instructions.

전력 수요 주체(200)는 전력을 소모하는 부하로서, 큰 규모의 지역적 부하에서부터 건물 단위, 수용가 단위까지 다양한 규모의 부하를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 전력 수요 주체(200)는 건물(bilding) 또는 공장을 포함할 수 있으며, 건물 내부에는 다양한 방법으로 전력을 소모하는 기계(예를 들어, 공장 설비, 에어컨 등)들이 구비되어 있다.The power demand entity 200 is a load that consumes power, and may include loads of various scales, from large-scale regional loads to building units and consumer units. In this embodiment, the power demand entity 200 may include a building or a factory, and machines (eg, factory equipment, air conditioners, etc.) consuming power in various ways are provided inside the building.

IoT 센서(300)는 사물인터넷 환경에 적용되는 센서로서, 전력 수요 주체(200)에 구비되어 전력 수요 주체(200)가 소비하는 전력 데이터를 센싱하여 전력 관리 장치(100)로 전송할 수 있다. 이러한 IoT 센서(300)는 전류 센서, 전력 센서, 진동 센서, 조도 센서, 온도 센서, 근접도 센서 등을 포함할 수 있다.The IoT sensor 300 is a sensor applied to the Internet of Things environment, and is provided in the power demand entity 200 to sense power data consumed by the power demand entity 200 and transmit it to the power management device 100. The IoT sensor 300 may include a current sensor, a power sensor, a vibration sensor, an illuminance sensor, a temperature sensor, a proximity sensor, and the like.

사용자 단말기(400)는 전력 수요 주체(200)의 전력을 관리하는 사용자 또는 관리자가 구비하는 단말기로서, 전력 관리 장치(100)가 제공하는 전력 관리 어플리케이션 및/또는 전력 관리 사이트에 접속하여 전력 관리 서비스를 받을 수 있다. The user terminal 400 is a terminal provided by a user or manager who manages power of the power demand entity 200, and provides a power management service by accessing a power management application and/or a power management site provided by the power management device 100. can receive

이러한 사용자 단말기(400)는 컴퓨팅 장치(미도시)의 기능을 수행할 수 있는 통신 단말기를 포함할 수 있으며, 사용자가 조작하는 데스크 탑 컴퓨터(401), 스마트폰(402) 노트북(403) 이외에, 태블릿 PC, 스마트 TV, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 미디어 플레이어, 마이크로 서버, GPS(global positioning system) 장치, 전자책 단말기, 디지털방송용 단말기, 네비게이션, 키오스크, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 가전기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 사용자 단말기(400)는 통신 기능 및 데이터 프로세싱 기능을 구비한 시계, 안경, 헤어 밴드 및 반지 등의 웨어러블 단말기 일 수 있다. 이러한 사용자 단말기(400)는 상술한 내용에 제한되지 아니하며, 웹 브라우징이 가능한 단말기는 제한 없이 차용될 수 있다.The user terminal 400 may include a communication terminal capable of performing functions of a computing device (not shown), and in addition to a desktop computer 401, a smartphone 402, and a laptop computer 403 operated by a user, Tablet PCs, smart TVs, mobile phones, PDAs (personal digital assistants), media players, micro servers, GPS (global positioning system) devices, e-readers, digital broadcasting terminals, navigation devices, kiosks, MP3 players, digital cameras, home appliances and It may be other mobile or non-mobile computing devices, but is not limited thereto. In addition, the user terminal 400 may be a wearable terminal such as a watch, glasses, hair band, and ring having a communication function and a data processing function. The user terminal 400 is not limited to the above, and a terminal capable of web browsing can be borrowed without limitation.

네트워크(500)는 전력 관리 장치(100), IoT 센서(300) 및 사용자 단말기(400)를 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 네트워크(500)는 예컨대 LAN(local area network), WAN(wide area network), MAN(metropolitan area network), ISDN(integrated service digital network) 등의 유선 네트워크나, WLAN(wireless LAN), CDMA(code-division multiple access), 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 네트워크(500)는 근거리 통신 및/또는 원거리 통신을 이용하여 정보를 송수신할 수 있다. 여기서, 근거리 통신은 Bluetooth, RFID(radio frequency identification), IrDA(infrared data association), UWB(ultra-wideband), ZigBee, Wi-Fi 기술을 포함할 수 있고, 원거리 통신은 CDMA(code-division multiple access), FDMA(frequency-division multiple access), TDMA(time-division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency-division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency-division multiple access) 기술을 포함할 수 있다.The network 500 may serve to connect the power management device 100 , the IoT sensor 300 and the user terminal 400 . Such a network 500 may be, for example, a wired network such as a local area network (LAN), a wide area network (WAN), a metropolitan area network (MAN), an integrated service digital network (ISDN), a wireless LAN (WLAN), or a code network (CDMA). -division multiple access), satellite communication, etc., but the scope of the present invention is not limited thereto. In addition, the network 500 may transmit and receive information using short-range communication and/or long-distance communication. Here, short-range communication may include Bluetooth, radio frequency identification (RFID), infrared data association (IrDA), ultra-wideband (UWB), ZigBee, and Wi-Fi technologies, and long-distance communication may include code-division multiple access (CDMA). ), frequency-division multiple access (FDMA), time-division multiple access (TDMA), orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA), and single carrier frequency-division multiple access (SC-FDMA) technologies.

네트워크(500)는 허브, 브리지, 라우터, 스위치와 같은 네트워크 요소들의 연결을 포함할 수 있다. 네트워크(500)는 인터넷과 같은 공용 네트워크 및 안전한 기업 사설 네트워크와 같은 사설 네트워크를 비롯한 하나 이상의 연결된 네트워크들, 예컨대 다중 네트워크 환경을 포함할 수 있다. 네트워크(500)에의 액세스는 하나 이상의 유선 또는 무선 액세스 네트워크들을 통해 제공될 수 있다.The network 500 may include connections of network elements such as hubs, bridges, routers, and switches. Network 500 may include one or more connected networks, e.g., a multiple network environment, including a public network such as the Internet and a private network such as a secure corporate private network. Access to network 500 may be provided through one or more wired or wireless access networks.

네트워크(500)는 허브, 브리지, 라우터, 스위치와 같은 네트워크 요소들의 연결을 포함할 수 있다. 네트워크(500)는 인터넷과 같은 공용 네트워크 및 안전한 기업 사설 네트워크와 같은 사설 네트워크를 비롯한 하나 이상의 연결된 네트워크들, 예컨대 다중 네트워크 환경을 포함할 수 있다. 네트워크(500)에의 액세스는 하나 이상의 유선 또는 무선 액세스 네트워크들을 통해 제공될 수 있다.The network 500 may include connections of network elements such as hubs, bridges, routers, and switches. Network 500 may include one or more connected networks, e.g., a multiple network environment, including a public network such as the Internet and a private network such as a secure enterprise private network. Access to network 500 may be provided through one or more wired or wireless access networks.

더 나아가 네트워크(500)는 CAN(controller area network) 통신, V2I(vehicle to infrastructure, 차량 대 도로 인프라) 통신, V2X(vehicle to everything) 통신, 웨이브(wireless access in vehicular environment) 통신 기술과, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망 및/또는 5G 통신을 지원할 수 있다. 여기서, NB(narrowband)-IoT는 LTE(Long-Term Evolution) 주파수를 이용한 저전력/광역 사물인터넷 기술 중 하나로, 저용량 데이터를 간헐적으로 전송하는 추적, 센싱, 검침 등에 활용할 수 있다. Furthermore, the network 500 includes CAN (controller area network) communication, V2I (vehicle to infrastructure) communication, V2X (vehicle to everything) communication, wave (wireless access in vehicular environment) communication technology, things, etc. It can support an Internet of Things (IoT) network and/or 5G communication that exchanges and processes information between distributed components. Here, NB (narrowband)-IoT is one of low-power/wide-area IoT technologies using LTE (Long-Term Evolution) frequencies, and can be used for intermittently transmitting low-capacity data for tracking, sensing, and meter reading.

도 2는 본 실시 예에 따른 전력 관리 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다. 이하의 설명에서 도 1에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 도 2를 참조하면, 전력 관리 장치(100)는 통신부(110), 저장 매체(120), 프로그램 저장부(130), 데이터베이스(140), 전력 관리부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a power management device according to an exemplary embodiment. In the following description, descriptions of overlapping portions with those of FIG. 1 will be omitted. Referring to FIG. 2 , the power management device 100 may include a communication unit 110, a storage medium 120, a program storage unit 130, a database 140, a power management unit 150, and a control unit 160. there is.

통신부(110)는 네트워크(500)와 연동하여 전력 관리 장치(100), IoT 센서(300) 및 사용자 단말기(400) 간의 송수신 신호를 패킷 데이터 형태로 제공하는 데 필요한 통신 인터페이스를 제공할 수 있다. 나아가, 통신부(110)는 사용자 단말기(400)로부터 소정의 정보 요청 신호를 수신하는 역할을 할 수 있고 전력 관리부(150)가 처리한 정보를 사용자 단말기(400)로 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 통신망이라 함은, 전력 관리 장치(100)와, IoT 센서(300)와, 사용자 단말기(400)를 연결하는 역할을 수행하는 매개체로써, 사용자 단말기(400)가 전력 관리 장치(100)에 접속한 후 정보를 송수신할 수 있도록 접속 경로를 제공하는 경로를 포함할 수 있다. 또한 통신부(110)는 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.The communication unit 110 may provide a communication interface required to provide a transmission/reception signal between the power management device 100, the IoT sensor 300, and the user terminal 400 in the form of packet data in conjunction with the network 500. Furthermore, the communication unit 110 may serve to receive a predetermined information request signal from the user terminal 400 and may serve to transmit information processed by the power management unit 150 to the user terminal 400. . Here, the communication network is a medium that serves to connect the power management device 100, the IoT sensor 300, and the user terminal 400, and the user terminal 400 is connected to the power management device 100. It may include a path providing an access path so that information can be transmitted and received after access. In addition, the communication unit 110 may be a device including hardware and software necessary for transmitting and receiving signals such as control signals or data signals to and from other network devices through wired or wireless connections.

저장 매체(120)는 제어부(160)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 저장 매체(120)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 저장 매체(120)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD. CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.The storage medium 120 performs a function of temporarily or permanently storing data processed by the controller 160 . Here, the storage medium 120 may include magnetic storage media or flash storage media, but the scope of the present invention is not limited thereto. The storage medium 120 may include built-in memory and/or external memory, and may include volatile memory such as DRAM, SRAM, or SDRAM, one time programmable ROM (OTPROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, and flash ROM. , NAND flash memory, or non-volatile memory such as NOR flash memory, SSD. It may include a compact flash (CF) card, a flash drive such as an SD card, a Micro-SD card, a Mini-SD card, an Xd card, or a memory stick, or a storage device such as an HDD.

프로그램 저장부(130)는 전력 수요 주체(200)에 구비된 IoT 센서(300)로부터 수집한 센싱 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하는 작업, 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성하는 작업, 예측 전력 사용량 데이터를 생성하기 이전에 예측 전력 사용량 데이터로부터 주기 함수로서의 푸리에 급수를 산출하고 푸리에 급수의 계수를 피팅하는 작업, 전력 상한값 예측 모델을 통해 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성하는 작업, 예측 전력 상한값을 결정하기 이전에, 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장하는 작업, 입력되는 현재 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생하는 작업 등을 수행하는 제어 소프트웨어를 탑재하고 있다.The program storage unit 130 generates time-series power usage data using sensing data collected from the IoT sensor 300 provided in the power demand entity 200, and converts the time-series power usage data into a Fourier series to which coefficients are fitted. A task of generating future predicted power consumption data by application, a task of calculating a Fourier series as a periodic function from the predicted power consumption data before generating the predicted power consumption data and fitting the coefficients of the Fourier series, and a power cap prediction model. Determining the predicted power upper limit from the predicted power usage data and generating the predicted power peak guideline, creating and storing the power upper limit prediction model before determining the predicted power upper limit, predicting from the input current time-series power usage data Based on the distance to the power peak guideline, it is equipped with control software that generates an alarm for exceeding electricity rates.

데이터베이스(140)는 전력 수요 주체(200)에 대한 전력 관리를 위한 다양한 정보를 저장하는 관리 데이터베이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 관리 데이터베이스에는 전력 수요 주체(200)에 구비된 IoT 센서(300)에 대한 사양정보, 전력 수요 주체(200)에 대한 3D 맵정보, 전력 수요 주체(200)에 설치된 전력을 소비하는 기계의 종류에 대한 정보 등이 저장될 수 있다.The database 140 may include a management database that stores various information for power management of the power demand entity 200 . For example, the management database includes specification information for the IoT sensor 300 provided in the power demand entity 200, 3D map information for the power demand entity 200, and power consumption installed in the power demand entity 200. Information about the type of machine may be stored.

또한 관리 데이터베이스에는 예측 전력 사용량 데이터를 생성하기 위한 푸리에 급수와, 예측 전력 상한값을 결정하기 위한 전력 상한값 예측 모델이 저장될 수 있다. In addition, the management database may store a Fourier series for generating predicted power usage data and a power upper limit prediction model for determining the predicted power upper limit value.

또한 데이터베이스(140)는 전력 수요 주체(200)에 대한 전력 관리 서비스를 제공받을 사용자(또는 관리자)의 정보를 저장하는 유저 데이터베이스를 포함할 수 있다. 여기서, 사용자의 정보는 사용자의 이름, 소속, 인적 사항, 성별, 나이, 연락처, 이메일, 주소, 이미지 등 사용자에 대한 기본적인 정보와, 아이디(ID) (또는 이메일) 및 패스워드(password) 등 사용자의 인증(로그인)에 대한 정보, 접속 국가, 접속 위치, 접속에 이용한 장치에 대한 정보, 접속된 네트워크 환경 등 접속과 관련된 정보 등을 포함할 수 있다.In addition, the database 140 may include a user database for storing information of a user (or manager) to be provided with a power management service for the power demand entity 200 . Here, the information of the user includes basic information about the user such as the user's name, affiliation, personal information, gender, age, contact information, e-mail, address, image, etc., and user information such as ID (or e-mail) and password. It may include information about authentication (login), country of access, access location, information about the device used for access, and information related to access, such as the connected network environment.

또한 유저 데이터베이스에는 사용자의 고유정보와, 전력 관리 어플리케이션 또는 전력 관리 사이트에 접속한 사용자가 제공받은 정보 및/또는 카테고리 이력, 사용자가 설정한 환경 설정 정보, 사용자가 이용한 자원 사용량 정보, 사용자의 자원 사용량에 대응한 과금 및 결제 정보가 저장될 수 있다.In addition, the user database includes user-specific information, information and/or category history provided by the user accessing the power management application or power management site, environment setting information set by the user, resource usage information used by the user, and resource usage by the user. Billing and payment information corresponding to may be stored.

전력 관리부(150)는 전력 수요 주체(200)에 구비된 IoT 센서(300)로부터 수집한 센싱 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 전력 관리부(150)는 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 전력 관리부(150)는 예측 전력 사용량 데이터를 생성하기 이전에 예측 전력 사용량 데이터로부터 주기 함수로서의 푸리에 급수를 산출하고, 푸리에 급수의 계수를 피팅 할 수 있다. 전력 관리부(150)는 예측 전력 사용량 데이터를 전력 상한값 예측 모델에 입력하여 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성할 수 있다. 전력 관리부(150)는 예측 전력 상한값을 결정하기 이전에, 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장할 수 있다. 전력 관리부(150)는 입력되는 현재 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생할 수 있다.The power management unit 150 may generate time-series power usage data using sensing data collected from the IoT sensor 300 provided in the power demand entity 200 . The power management unit 150 may generate future predicted power usage data by applying the time-series power usage data to a Fourier series to which coefficients are fitted. The power management unit 150 may calculate a Fourier series as a period function from the predicted power usage data before generating the predicted power usage data, and may fit coefficients of the Fourier series. The power management unit 150 may input the predicted power usage data into an upper power limit prediction model to determine a predicted power upper limit value and generate a predicted power peak guideline. The power management unit 150 may generate and store an upper power limit prediction model before determining the predicted power upper limit value. The power management unit 150 may generate an alarm that an electric charge is exceeded based on a distance from input current time-series power usage data to a predicted power peak guideline.

제어부(160)는 일종의 중앙처리장치로서 프로그램 저장부(130)에 탑재된 제어 소프트웨어를 구동하여 전력 관리 장치(100) 전체의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(160)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The control unit 160, as a kind of central processing unit, may control the entire operation of the power management device 100 by driving control software loaded in the program storage unit 130. The controller 160 may include all types of devices capable of processing data, such as a processor. Here, a 'processor' may refer to a data processing device embedded in hardware having a physically structured circuit to perform functions expressed by codes or instructions included in a program, for example. As an example of such a data processing device built into hardware, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, an application-specific integrated (ASIC) circuit), field programmable gate array (FPGA), etc., but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 3은 도 2의 전력 관리 장치 중 전력 관리부의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이고, 도 4는 본 실시 예에 따른 IoT 센서로부터 수집한 데이터를 이용하여 생성한 분당 전력 데이터를 설명하는 도면이고, 도 5는 본 실시 예에 따른 피팅된 푸리에 급수의 계수를 보이는 도면이고, 도 6은 본 실시 예에 따른 평균 전력 사용량을 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 생성한 예측 평균 전력 사용량 데이터를 가시화한 그래프이고, 도 7은 본 실시 예에 따른 강화학습 기반의 예측 전력 피크 가이드라인의 결정을 설명하는 도면이고, 도 8은 본 실시 예에 따른 예측 전력 피크 가이드라인을 가시화한 그래프이고, 도 9 및 도 10은 본 실시 예에 따른 전력 관리를 위한 알람 발생의 예시도이다. 이하의 설명에서 도 1 및 도 2에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.3 is a block diagram for schematically explaining the configuration of a power management unit in the power management device of FIG. 2, and FIG. 4 describes power data per minute generated using data collected from an IoT sensor according to the present embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the coefficients of the fitted Fourier series according to the present embodiment, and FIG. 6 is the predicted average power usage generated by applying the average power usage according to the present embodiment to the Fourier series to which the coefficients are fitted. A graph visualizing data, FIG. 7 is a diagram explaining the determination of a reinforcement learning-based predicted power peak guideline according to this embodiment, and FIG. 8 is a graph visualizing the predicted power peak guideline according to this embodiment. 9 and 10 are exemplary diagrams of generating an alarm for power management according to the present embodiment. In the following description, descriptions of portions overlapping those of FIGS. 1 and 2 will be omitted.

도 3 내지 도 10을 참조하면, 전력 관리부(150)는 수집부(151), 제1 처리부(152), 제2 처리부(153) 및 제3 처리부(154)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 10 , the power management unit 150 may include a collection unit 151 , a first processing unit 152 , a second processing unit 153 , and a third processing unit 154 .

수집부(151)는 전력 수요 주체(200)에 구비된 IoT 센서(300)로부터 수집한 센싱 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 본 실시 예에서, 수집부(151)는 IoT 센서(300)로부터 수집한 센싱 데이터를 기설정된 분류 기준을 적용하여 분류하고, 분류 기준에 따라 분류된 센싱 데이터로부터 센싱 시간에 대응하는 전력 사용량 데이터를 포함하는 시계열 데이터를 생성할 수 있다.The collection unit 151 may generate time-series power consumption data using sensing data collected from the IoT sensor 300 provided in the power demand entity 200 . In this embodiment, the collection unit 151 classifies the sensing data collected from the IoT sensor 300 by applying a preset classification criterion, and generates power consumption data corresponding to the sensing time from the sensing data classified according to the classification criterion. You can create time series data that includes

여기서 분류 기준은 제1 분류 기준 내지 제4 분류 기준을 포함할 수 있다. 제1 분류 기준은 센싱 데이터를 주간에 비해 전력 사용량이 적은 심야 시간대(예를 들어, 22시부터 08시까지)로 분류하는 기준을 포함할 수 있다. 심야 전력은 주간에 비해 사용량이 적은 심야시간대의 기저부하를 담당하는 원자력 발전 및 화력 발전 등의 발전력에 주로 사용하며, 주간에 사용하는 전력을 야간에 이동시키는 부화 평준화 정책(peak shift)에 부합될 수 있다.Here, the classification criteria may include first to fourth classification criteria. The first classification criterion may include a criterion for classifying the sensing data into a late-night time zone (eg, from 22:00 to 08:00), in which power consumption is less than during the daytime. Nighttime electricity is mainly used for power generation such as nuclear power generation and thermal power generation, which are responsible for the base load during the nighttime hours when usage is less than during the daytime. can

제2 분류 기준은 센싱 데이터를 전력 사용량이 많은 하계(예를 들어, 6월부터 8월까지)로 분류하는 하는 기준을 포함할 수 있다. 이상 고온, 발전소 정지 사고 등으로 하계 전력 수급에 대한 우려가 고조되고 있음에 따라, 제2 분류 기준을 통하여 전력 예비율의 위험 단계별 단위 공장 가동 중단 프로그램 또는 자가 발전 사용 계획 등을 수립할 수 있다.The second classification criterion may include a criterion for classifying the sensing data into a summer season (eg, June to August) in which power consumption is high. As concerns about the supply and demand of electricity in the summer are heightened due to abnormally high temperatures and power plant shutdown accidents, etc., it is possible to establish a unit plant shutdown program or a self-generation plan for each risk level of the power reserve ratio through the second classification criterion.

제3 분류 기준은 센싱 데이터를 전력 사용량이 하계보다 적은 동계(예를 들어, 12월부터 2월까지)로 분류하는 기준을 포함할 수 있다. 제3 분류 기준을 통하여 추운 날씨에 의한 난방 및 전력 수요 주체(200) 가동률을 위해 필요한 전력 수급 계획을 수립할 수 있다.The third classification criterion may include a criterion for classifying the sensing data into a winter season (eg, from December to February) in which power usage is less than that of the summer season. Through the third classification criterion, it is possible to establish a power supply and demand plan necessary for the operation rate of heating and power demand subjects 200 due to cold weather.

제4 분류 기준은 센싱 데이터를 시간에 따라 분(minute)별, 시간(hour)별, 요일(day)별, 주(week)별, 달(month)별 및 년(year)별로 분류하는 기준을 포함할 수 있다. 특이한 영향을 미치지 않는 전력 수준을 따로 분류해서 전력 수급 계획을 수립할 수 있다. The fourth classification criterion is a criterion for classifying sensing data according to time by minute, hour, day, week, month, and year. can include Power supply and demand plans can be established by separately classifying power levels that do not have an unusual impact.

도 4는 수집부(151)가 IoT 센서(300)로부터 수집한 센싱 데이터에 제1 분류 기준을 적용하여 생성한 시계열 전력 사용량 데이터를 도시하고 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 시계열 전력 사용량 데이터는 과거부터 현재까지 IoT 센서(300)로부터 수집한 센싱 데이터 중 심야 시간대의 전력 사용량 데이터를 제1 타임 스텝 단위로 생성한 예를 도시하고 있다.FIG. 4 illustrates time-series power consumption data generated by applying a first classification criterion to sensing data collected by the collection unit 151 from the IoT sensor 300 . Specifically, the time-series power usage data shown in FIG. 4 shows an example in which power usage data in the late-night time zone among sensing data collected from the IoT sensor 300 from the past to the present is generated in units of a first time step.

제1 처리부(152)는 수집부(151)에서 생성된 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다.The first processing unit 152 may generate future predicted power consumption data by applying the time-series power consumption data generated by the collecting unit 151 to a Fourier series to which coefficients are fitted.

제1 처리부(152)는 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성하기 이전에, 예측 전력 사용량 데이터로부터 주기 함수로서의 푸리에 급수를 산출하고, 푸리에 급수의 계수를 피팅 할 수 있다. 푸리에 급수의 계수를 피팅하기 위해 제1 처리부(152)는 기설정된 시간을 갖는 T개의 제1 타임 스텝으로 구성되는 제1 주기 동안의 이전 시계열 전력 사용량 데이터군에 대한 평균 전력 사용량 데이터를 산출할 수 있다. 예를 들어, 과거(예를 들어, 1980년 1월 1일) 제1 주기(0시부터 24시까지) 동안의 제1 타임 스텝 단위의 시계열 전력 사용량 데이터부터 현재(예를 들어, 2022년 7월 17일) 제1 주기 동안의 제1 타임 스텝 단위의 시계열 전력 사용량 데이터까지의 평균 전력 사용량 데이터를 산출할 수 있다. 평균 전력 사용량 데이터는 제1 주기 동안의 제1 타임 스텝 단위의 평균 시계열 전력 사용량일 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에서 2022년 7월 18일 제1 주기 동안의 제1 타임 스텝 단위의 평균 전력 사용량 데이터를 예측하기 위해, 과거(1980년 1월 1일)부터 이전(2022년 7월 17일)까지 제1 주기 동안의 제1 타임 스텝 단위의 전력 사용량 데이터로부터 산출한 평균 전력 사용량 데이터를 이용할 수 있다.The first processor 152 may calculate a Fourier series as a periodic function from the predicted power usage data and fit coefficients of the Fourier series before generating future predicted power usage data. In order to fit the coefficients of the Fourier series, the first processing unit 152 may calculate average power usage data for the previous time-series power usage data group during a first period consisting of T first time steps having a preset time. there is. For example, from time-series power usage data in units of a first time step during a first period (from 0:00 to 24:00) in the past (eg, January 1, 1980) to the present (eg, July 2022) Month 17) average power usage data up to time-series power usage data in units of a first time step during the first period may be calculated. The average power usage data may be average time-series power usage in units of a first time step during the first period. For example, in this embodiment, in order to predict average power usage data in units of the first time step during the first period of July 18, 2022, from the past (January 1, 1980) to the previous (July 2022 17) may use average power usage data calculated from power usage data in units of the first time step during the first period.

제1 처리부(152)는 평균 전력 사용량 데이터를 비선형 최소 자승법(non-linear least squre)을 기반으로 커브 피팅(curve fitting)하여 하기 수학식 1에 표현된 푸리에 급수에 적용하여 푸리에 급수의 계수를 피팅할 수 있다.The first processing unit 152 performs curve fitting on the average power usage data based on a non-linear least square method and applies the Fourier series expressed in Equation 1 below to fit the coefficients of the Fourier series. can do.

Figure 112022079715445-pat00001
Figure 112022079715445-pat00001

여기서,

Figure 112022079715445-pat00002
는 미래의 평균 예측 전력 사용량 데이터를 나타내고,
Figure 112022079715445-pat00003
,
Figure 112022079715445-pat00004
Figure 112022079715445-pat00005
은 이전 전력 사용량 데이터군의 평균값을 이용하여 피팅된 계수를 나타내고,
Figure 112022079715445-pat00006
는 고정되어 있고,
Figure 112022079715445-pat00007
는 시간(예를 들어, 제1 타임 스텝)을 나타낼 수 있다. here,
Figure 112022079715445-pat00002
Represents future average predicted power usage data,
Figure 112022079715445-pat00003
,
Figure 112022079715445-pat00004
and
Figure 112022079715445-pat00005
Represents a coefficient fitted using the average value of the previous power usage data group,
Figure 112022079715445-pat00006
is fixed,
Figure 112022079715445-pat00007
may represent time (eg, the first time step).

도 5에는 평균 전력 사용량 데이터를 비선형 최소 자승법(non-linear least squre)을 기반으로 커브 피팅(curve fitting)하여 산출한 17개의 푸리에 급수의 계수를 도시하고 있다.FIG. 5 shows coefficients of 17 Fourier series calculated by curve fitting average power consumption data based on a non-linear least square method.

제1 처리부(152)는 계수(

Figure 112022079715445-pat00008
,
Figure 112022079715445-pat00009
Figure 112022079715445-pat00010
)가 피팅된 푸리에 급수에, 예측할 미래의 시간 데이터(
Figure 112022079715445-pat00011
: 제1 주기를 갖는 T개의 제1 타임 스텝)를 입력하여 다음(미래) 제1 주기의 T개의 제1 타임 스텝에 대한 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다.The first processing unit 152 is a coefficient (
Figure 112022079715445-pat00008
,
Figure 112022079715445-pat00009
and
Figure 112022079715445-pat00010
) is the fitted Fourier series, the predicted future time data (
Figure 112022079715445-pat00011
: T first time steps having a first period) may be input to generate first predicted average power usage data for T first time steps of a next (future) first period.

도 6은 도 4에 도시된 시계열 전력 사용량 데이터로부터 산출한 평균 전력 사용량을 평균 전력 사용량을, 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 생성한 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터를 가시화한 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 전력량을 나타내고 있다. 도 6으로부터 610은 제1 분류 기준으로 분류한 시계열 전력 사용량 데이터에 대한 평균 전력 사용량 데이터를 가시화한 그래프이고, 620은 피팅된 계수를 이용하여 산출한 예측 평균 전력 사용량 데이터를 가시화한 그래프를 나타내고 있다.FIG. 6 is a graph visualizing first predicted average power usage data generated by applying average power usage calculated from the time-series power usage data shown in FIG. 4 to a Fourier series to which coefficients are fitted, with the horizontal axis representing Time is represented, and the vertical axis represents the amount of power. 6, 610 is a graph visualizing average power usage data for time-series power usage data classified by the first classification criterion, and 620 is a graph visualizing predicted average power usage data calculated using a fitted coefficient. .

제2 처리부(153)는 제1 처리부(152)가 생성한 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터를 전력 상한값 예측 모델에 입력하여 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성할 수 있다. The second processing unit 153 may input the first predicted average power usage data generated by the first processing unit 152 to an upper power limit prediction model to determine a predicted power upper limit value and generate a predicted power peak guideline.

제2 처리부(153)는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여 예측 전력 상한값을 결정하기 이전에, 전력 상한값 예측 모델을 생성할 수 있다.The second processing unit 153 may generate an upper power limit prediction model before determining an upper limit predicted power by using the upper limit power prediction model.

제2 처리부(153)는 전력 상한값 예측 모델 생성 시에, 제1 처리부(152)에서 출력되는 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터로부터 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터를 산출할 수 있다. 여기서, 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터는 계수가 피팅된 푸리에 급수에 예측할 미래의 시간 데이터(

Figure 112022079715445-pat00012
: 제1 주기를 갖는 T개의 제1 타임 스텝)를 입력하여 산출될 수 있다. 여기서 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터의 개수는 1440개일 수 있다. 또한 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터는, 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터를 제1 주기를 같는 L개의 제2 타임 스텝으로 분류하고, 제2 타입스텝에 포함되는 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터의 평균값으로 산출될 수 있다. 여기서 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터의 개수는 96개 일 수 있다.The second processing unit 153 may calculate second predicted average power consumption data from the first predicted average power consumption data output from the first processing unit 152 when generating the power upper limit prediction model. Here, the first predicted average power usage data is future time data predicted to a Fourier series to which coefficients are fitted (
Figure 112022079715445-pat00012
: It can be calculated by inputting T first time steps having a first period. Here, the number of first predicted average power usage data may be 1440. In addition, the second predicted average power usage data is an average value of the first predicted average power usage data included in the second type step by classifying the first predicted average power usage data into L second time steps having the same first period. can be derived. Here, the number of second predicted average power usage data may be 96.

제2 처리부(153) 강화학습 기반의 신경망 모델의 훈련을 통하여 제2 예측 평균 전력 사용량으로부터 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 생성할 수 있다.The second processing unit 153 may generate an upper power limit prediction model for determining the predicted power upper limit value from the second predicted average power usage through training of the reinforcement learning-based neural network model.

도 7a는 에이전트(agent) 및 환경(evnvironment)을 포함하는 강화학습 기반의 신경망 모델을 도시하고 있고, 도 7b는 에이전트(agent)가 예측 전력 상한값을 결정하는 행동(action) 및 보상(reward)을 상세하게 설명하기 위한 예시도이다.7A shows a reinforcement learning-based neural network model including an agent and an environment (evnvironment), and FIG. 7B shows an action and a reward for determining an upper limit of prediction power by an agent. It is an exemplary diagram for a detailed explanation.

도 7a로부터 에이전트(agent)에는 복수개의 전력 상한값이 기설정되어 있을 수 있다. 복수개의 전력 상한값은 전년도 전력 피크 가이드라인(도 8의 730)에 설정된 전력값보다 낮은 전력값으로 복수개 설정될 수 있다. 예를 들어 복수개의 전력 상한값은 1000kw(제1 전력 상한값)부터 10000kw(제10 전력 상한값)까지 1000kw 단위로 10개의 전력 상한값이 설정될 수 있다. Referring to FIG. 7A , a plurality of power upper limit values may be preset in an agent. A plurality of power upper limit values may be set to a power value lower than the power value set in the previous year's power peak guideline (730 in FIG. 8). For example, as for the plurality of power upper limit values, 10 power upper limit values may be set in increments of 1000 kw from 1000 kw (first power upper limit value) to 10000 kw (tenth power upper limit value).

에이전트(agent)는 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터가 입력되는 주어진 상태(state: st)에 대하여, 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터 및 복수개의 전력 상한값 대한 전력 차이를 기반으로 하여 복수개의 전력 상한값 중 어느 한 전력 상한값을 예측 전력 상한값으로 결정하는 행동(action)을 수행할 수 있다.For a given state (state: s t ) in which the second predicted average power usage data is input, the agent selects among a plurality of power upper limit values based on the power difference between the second predicted average power usage data and the plurality of power upper limit values An action of determining a certain power upper limit value as the predicted power upper limit value may be performed.

여기서 전력 차이는 도 7b에 도시된 바와 같은 면적의 차이를 포함할 수 있다. 도 7b로부터 A는 에이전트(agent)에 입력으로 주어지는 상태(state)로서, 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터일 수 있다. 여기서, 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터는 제2 타임 스텝 동안의 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터에 대한 평균값일 수 있다. 또한 도 7b로부터 B는 에이전트(agent)에 설정된 복수개의 전력 상한값에 대한 면적일 수 있으며, 제1 전력 상한값에 대한 제1 면적(B1) 내지 제10 전력 상한값에 대한 제10 면적(B10)을 포함할 수 있다.Here, the power difference may include a difference in area as shown in FIG. 7B. 7B , A is a state given as an input to an agent, and may be second predicted average power usage data. Here, the second predicted average power usage data may be an average value of the first predicted average power usage data during the second time step. Also, from FIG. 7B , B may be an area for a plurality of power upper limit values set in the agent, and includes a first area B1 for the first power upper limit value to a tenth area B10 for the tenth power upper limit value. can do.

에이전트(agent)는 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터의 면적(A) 및 복수개의 전력 상한값의 면적(B: B1-B10)에 대한 면적의 차이를 산출하고, 면적의 차이가 가장 작은 어느 한 전력 상한값을 예측 전력 상한값으로 결정하는 행동(action)을 수행할 수 있다.The agent calculates a difference in area between the area (A) of the second predicted average power usage data and the area (B: B1-B10) of the plurality of upper limit power values, and calculates an upper power limit value having the smallest difference in area. It is possible to perform an action for determining the predicted power upper limit value.

본 실시예에서 신경망 모델은 에이전트(agent)가 결정한 예측 전력 상한값에 대응하는 면적의 차이를 보상(reward) 받도록 훈련될 수 있다.In this embodiment, the neural network model may be trained to receive a reward for a difference in area corresponding to an upper limit of prediction power determined by an agent.

본 실시 예에서 신경망 모델은 에이전트(agent)의 주어진 상태(sate) 및 행동(action)을 입력받아 보상(reward) 및 다음 상태(state: st+1)를 반환하는 환경(evnvironment)에서, 에이전트(agent)가 최대 보상(reward)을 받도록 주어진 상태에서 행동(action)을 수행하고 예측 전력 상한값의 결정 성능을 업데이트하도록 구성될 수 있다.In this embodiment, the neural network model receives a given state (sate) and action (action) of an agent and returns a reward and the next state (state: s t+1 ). The agent may be configured to perform an action in a given state to receive a maximum reward and update the ability to determine the upper limit of the predicted power.

본 실시 예에서 강화학습 기반의 신경망은 DQN(deep Q-nekwork) 또는 Q-Learning인 강화학습 기반의 신경망을 이용할 수 있다.In this embodiment, the reinforcement learning-based neural network may use a deep Q-nekwork (DQN) or Q-learning reinforcement learning-based neural network.

예측 전력 상한값을 결정하기 위한 강화학습의 실습에서 사용하는 환경은 OpenAI Gym의 gym 패키지 환경을 이용할 수 있다. OpenAI Gym은 강화학습을 도와주고, 좀 더 일반적인 상황에서 강화학습을 할 수 있게 해주는 라이브러리이다. 이밖에 TensorFlow와 같은 예측 전력 상한값 결정을 위한 인공신경망 기반 강화학습에 적합한 다른 라이브러리들이 사용될 수 있다.The gym package environment of OpenAI Gym can be used as an environment used in the practice of reinforcement learning to determine the upper limit of predicted power. OpenAI Gym is a library that helps with reinforcement learning and enables reinforcement learning in more general situations. In addition, other libraries suitable for artificial neural network-based reinforcement learning for determining the upper limit of prediction power, such as TensorFlow, can be used.

제2 처리부(153)는 이러한 신경망 모델의 훈련을 통하여 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장할 수 있다.The second processing unit 153 may generate and store a power upper limit prediction model for determining the predicted power upper limit value from the second predicted average power usage data through training of the neural network model.

이로부터 전력 상한값 예측 모델에 예측 전력 사용량 데이터가 입력되면 대응하는 예측 전력 상한값이 출력될 수 있다. 제2 처리부(153) 제1 주기 동안 제2 타임 스텝마다 전력 상한값 예측 모델을 통해 출력되는 L개의 예측 전력 상한값에 대한 평균값을 제1 주기 동안의 예측 전력 피크 가이드라인으로 생성할 수 있다.From this, when the predicted power consumption data is input to the power upper limit prediction model, a corresponding predicted power upper limit value may be output. The second processing unit 153 may generate an average value of L predicted power upper limit values output through the power upper limit value prediction model at every second time step during the first period as a predicted power peak guideline during the first period.

도 8은 본 실시 예에 따른 예측 전력 피크 가이드라인을 가시화한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 810은 제1 분류 기준으로 분류한 시계열 전력 사용량 데이터에 대한 평균 전력 사용량 데이터를 가시화한 그래프이고, 820은 피팅된 계수를 이용하여 산출한 예측 평균 전력 사용량 데이터를 가시화한 그래프를 나타내고 있고, 830은 전년도 전력 피크 가이드라인을 가시화한 그래프를 나타내고 있고, 840은 820의 예측 평균 전력 사용량 데이터를 이용하여 생성한 예측 전력 피크 가이드라인을 가시화한 그래프이다. 본 실시 예에서 840의 예측 전력 피크 가이드라인은 830의 전년도 전력 피크 가이드라인보다 더 작게 결정될 수 있다.8 is a graph visualizing the predicted power peak guideline according to the present embodiment. Referring to FIG. 8 , 810 is a graph visualizing average power usage data for time-series power usage data classified by a first classification criterion, and 820 is a graph visualizing predicted average power usage data calculated using a fitted coefficient. , 830 is a graph visualizing the power peak guideline of the previous year, and 840 is a graph visualizing the predicted power peak guideline generated using the predicted average power consumption data of 820 . In this embodiment, the predicted power peak guideline of 840 may be determined to be smaller than the power peak guideline of 830 of the previous year.

제3 처리부(154)는 전력 피크 가이드라인이 결정되면, 입력되는 현재의 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생시킬 수 있다. 제3 처리부(154)는 현재의 시계열 전력 사용량 데이터로 및 예측 전력 피크 가이드라인으로부터 산출한 유클리디안 거리(Euclidean distance)가 기설정된 임계값 미만임에 따라 전기 요금이 초과될 수 있는 예측 시간대를 포함하는 알람을 발생하고, 이 알람을 사용자 단말기(400)에 전송할 수 있다. 여기서 유클리디안 거리는 두 점(시계열 전력 사용량 데이터 및 예측 전력 피크 가이드라인의 전력값)사이의 상대적 거리차를 산출하는 척도로서, 유클리디안 거리가 가까울수록 시계열 전력 사용량 데이터가 예측 전력 피크 가이드라인과 가까이 있음을 알 수 있다.When the power peak guideline is determined, the third processing unit 154 may generate an alarm indicating that an electric charge is exceeded based on a distance from input current time-series power usage data to the predicted power peak guideline. The third processing unit 154 determines the predicted time period during which electricity rates may be exceeded according to the Euclidean distance calculated from the current time-series power usage data and the predicted power peak guideline, which is less than a preset threshold. An alarm including the above may be generated and the alarm may be transmitted to the user terminal 400 . Here, the Euclidean distance is a measure for calculating the relative distance difference between two points (time-series power consumption data and the power value of the predicted power peak guideline). It can be seen that it is close to

도 9 및 도 10은 본 실시 예에 따른 전력 관리를 위한 알람 발생의 예시도이다. 도 9를 참조하면, 제3 처리부(154)는 입력되는 현재의 시계열 전력 사용량 데이터 및 예측 전력 피크 가이드라인으로부터 산출한 유클리디안 거리(Euclidean distance)가 기설정된 임계값 미만임에 따라, 전력 수요 주체(200)가 포함되는 3D 맵 상에 전기 요금이 초과될 수 있는 예측 시간대를 포함하는 텍스트 정보가 포함된 팝업 창과 알람을 발생하여 사용자 단말기(400)로 출력한 예를 도시하고 있다.9 and 10 are exemplary diagrams of generating an alarm for power management according to the present embodiment. Referring to FIG. 9 , the third processing unit 154 determines that the Euclidean distance calculated from the input current time-series power usage data and the predicted power peak guideline is less than a predetermined threshold, and the power demand An example of generating a pop-up window and an alarm including text information including predicted time zones in which electricity rates may be exceeded on a 3D map including the subject 200 and outputting the alarm to the user terminal 400 is shown.

도 10을 참조하면, 제3 처리부(154)는 입력되는 현재의 시계열 전력 사용량 데이터 및 예측 전력 피크 가이드라인으로부터 산출한 유클리디안 거리(Euclidean distance)가 기설정된 임계값 미만임에 따라, 전력 수요 주체(200)가 포함되는 3D 맵 상에, 알람이 발생할 전력 수요 주체(200)를 특정색(예를 들어, 붉은색)으로 표시하여 점등하는 그래픽과 알람을 발생하여 사용자 단말기(400)로 출력한 예를 도시하고 있다.Referring to FIG. 10, the third processing unit 154 determines that the Euclidean distance calculated from the input current time-series power usage data and the predicted power peak guideline is less than a predetermined threshold value, and the power demand On the 3D map including the subject 200, the power demand subject 200 to generate an alarm is displayed in a specific color (eg, red), and a graphic and an alarm are generated and output to the user terminal 400 An example is shown.

알람을 수신한 사용자 단말기(400)는 전력 수요 주체(200)의 전력이 절감될 수 있도록, 전력 수요 주체(200)의 불필요한 전력 또는 차단 가능한 전력을 차단하여 알람 발생을 해제함으로써 전기 요금이 절감될 수 있도록 관리할 수 있다. Upon receiving the alarm, the user terminal 400 blocks unnecessary power of the power demander 200 or power that can be cut off so that the power of the power demander 200 can be reduced to cancel the occurrence of the alarm, thereby reducing electricity bills. can be managed so that

도 11은 다른 실시 예에 따른 데이터 분류 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 블록도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 11에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 도 12를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 전력 관리 장치(100)는 프로세서(170)와 메모리(180)를 포함할 수 있다.11 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a data classification apparatus according to another embodiment. In the following description, descriptions of portions overlapping with those of FIGS. 1 to 11 will be omitted. Referring to FIG. 12 , a power management device 100 according to another embodiment may include a processor 170 and a memory 180.

본 실시 예에서, 프로세서(170)는 도 2 및 도 3에 개시된 통신부(110), 저장 매체(120), 프로그램 저장부(130), 데이터베이스(140), 전력 관리부(150) 및 제어부(160)가 수행하는 기능을 처리할 수 있다.In this embodiment, the processor 170 includes the communication unit 110, the storage medium 120, the program storage unit 130, the database 140, the power management unit 150 and the control unit 160 disclosed in FIGS. 2 and 3. can handle the functions performed by

이러한 프로세서(170)는 전력 관리 장치(100) 전체의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서, 중앙처리장치, 프로세서 코어, 멀티프로세서, ASIC, FPGA 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The processor 170 may control the entire operation of the power management device 100 . Here, a 'processor' may refer to a data processing device embedded in hardware having a physically structured circuit to perform functions expressed by codes or instructions included in a program, for example. As an example of the data processing device built into the hardware, processing devices such as microprocessors, central processing units, processor cores, multiprocessors, ASICs, and FPGAs may be covered, but the scope of the present invention is not limited thereto. .

메모리(180)는 프로세서(170)와 동작 가능하게 연결되고, 프로세서(170)에서 수행되는 동작과 연관하여 적어도 하나의 코드를 저장할 수 있다.The memory 180 is operatively connected to the processor 170 and may store at least one code associated with an operation performed by the processor 170 .

또한, 메모리(180)는 프로세서(170)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있으며, 데이터베이스(140)로 구축된 데이터를 포함할 수 있다. 여기서, 메모리(180)는 자기 저장 매체 또는 플래시 저장 매체를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 메모리(180)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM, PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD, CF 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, xD 카드, 또는 메모리 스틱 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다In addition, the memory 180 may perform a function of temporarily or permanently storing data processed by the processor 170 and may include data built into the database 140 . Here, the memory 180 may include a magnetic storage medium or a flash storage medium, but the scope of the present invention is not limited thereto. Such memory 180 may include internal memory and/or external memory, volatile memory such as DRAM, SRAM, or SDRAM, OTPROM, PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND flash memory, or NOR It may include a non-volatile memory such as flash memory, a flash drive such as SSD, CF card, SD card, Micro-SD card, Mini-SD card, xD card, or memory stick, or a storage device such as HDD.

도 12는 본 실시 예에 따른 전력 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 11에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다. 본 실시 예에 따른 전력 관리 방법 방법은 전력 관리 장치(100)가 주변 구성 요소들의 도움을 받아 프로세서(170)에서 수행한다고 가정하고 설명하기로 한다.12 is a flowchart illustrating a power management method according to an exemplary embodiment. In the following description, descriptions of portions overlapping those of FIGS. 1 to 11 will be omitted. The power management method according to the present embodiment will be described on the assumption that the power management device 100 is performed by the processor 170 with the help of peripheral components.

도 12를 참조하면, S1210단계에서, 프로세서(170) 전력 수요 주체(200)에 구비된 IoT 센서(300)로부터 수집한 센서 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 본 실시 예에서 프로세서(170)는 IoT 센서(300)로부터 수집한 센싱 데이터를 기설정된 분류 기준을 적용하여 분류하고, 분류 기준에 따라 분류된 센싱 데이터로부터 센싱 시간에 대응하는 전력 사용량 데이터를 포함하는 시계열 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 분류 기준은 센싱 데이터를 주간에 비해 전력 사용량이 적은 심야 시간대로 분류하는 제1 분류 기준과, 센싱 데이터를 전력 사용량이 많은 하계로 분류하는 제2 분류 기준과, 센싱 데이터를 전력 사용량이 하계보다 적은 동계로 분류하는 제3 분류 기준과, 센싱 데이터를 시간에 따라 분(minute)별, 시간(hour)별, 요일(day)별, 주(week)별, 달(month)별 및 년(year)별로 분류하는 제4 분류 기준을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12 , in step S1210 , time-series power consumption data may be generated using sensor data collected from the IoT sensor 300 provided in the power demand entity 200 of the processor 170 . In this embodiment, the processor 170 classifies the sensing data collected from the IoT sensor 300 by applying a preset classification criterion, and includes power usage data corresponding to the sensing time from the sensing data classified according to the classification criterion. Time-series power consumption data can be generated. Here, the classification criteria include a first classification criterion for classifying the sensing data into a late-night time zone with less power consumption than daytime, a second classification criterion for classifying the sensing data into a summer period with high power consumption, and a second classification criterion for classifying the sensing data as a summer period with high power consumption. A third classification criterion for classifying the sensing data into fewer winters, and the sensing data according to time by minute, hour, day, week, month, and year ( year) may include a fourth classification criterion for classification.

S1220단계에서, 프로세서(170)는 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 프로세서(170)는 예측 전력 사용량 데이터를 생성하기 이전에, 예측 전력 사용량 데이터로부터 주기 함수로서의 푸리에 급수를 산출하고, 푸리에 급수의 계수를 피팅할 수 있다. 프로세서(170)는 푸리에 급수의 계수를 피팅 시에, 기설정된 시간을 갖는 T개의 제1 타임 스텝으로 구성되는 제1 주기 동안의 이전 전력 사용량 데이터군에 대한 평균 전력 사용량 데이터를 산출할 수 있다. 프로세서(170)는 평균 전력 사용량을 비선형 최소 자승법(non-linear least squre)을 기반으로 커브 피팅(curve fitting)하여 푸리에 급수의 계수를 피팅할 수 있다. 따라서, 프로세서(170)는 다음 제1 주기 동안의 T개의 제1 타임 스텝 각각을 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 다음 제1 주기 동안의 T개의 제1 타임 스텝 각각에 대응하는 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터를 생성할 수 있다.In step S1220, the processor 170 may generate future predicted power usage data by applying the time-series power usage data to the Fourier series to which coefficients are fitted. Here, the processor 170 may calculate a Fourier series as a period function from the predicted power usage data and fit coefficients of the Fourier series before generating the predicted power usage data. When fitting the coefficients of the Fourier series, the processor 170 may calculate average power usage data for a previous power usage data group during a first period consisting of T first time steps having a preset time. The processor 170 may fit the coefficients of the Fourier series by curve fitting the average power usage based on a non-linear least square method. Accordingly, the processor 170 applies each of the T first time steps during the next first period to the Fourier series to which the coefficients are fitted, and the first prediction average corresponding to each of the T first time steps during the next first period. Power usage data can be generated.

S1230단계에서, 프로세서(170)는 예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성할 수 있다. 본 실시 예에서 프로세서(170)는 예측 전력 상한값을 결정하기 이전에, 전력 상한값 예측 모델을 생성할 수 있다. 프로세서(170)는 전력 상한값 예측 모델을 생성 시에, 제1 타임 스텝보다 더 긴 시간을 갖는 L개의 제2 타임 스텝으로 구성되는 제1 주기 동안의 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터에 대한 평균으로서의 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터를 산출할 수 있다. 프로세서(170)는 복수개의 전력 상한값이 기설정된 에이전트(agent)가 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터가 입력되는 주어진 상태(state)에 대하여, 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터 및 복수개의 전력 상한값 대한 전력 차이를 기반으로 하여 복수개의 전력 상한값 중 어느 한 전력 상한값을 예측 전력 상한값로 결정하는 행동(action)을 수행하고, 에이전트가 결정한 예측 전력 상한값에 대응하는 전력 차이를 보상(reward) 받도록 신경망 모델을 훈련시킬 수 있다. 본 실시 예에서, 신경망 모델은, 에이전트의 주어진 상태 및 행동을 입력받아 보상 및 다음 상태(state)를 반환하는 환경(evnvironment)에서, 에이전트는 최대 보상을 받도록 주어진 상태에서 행동을 수행하고 예측 전력 상한값의 결정 성능을 업데이트하도록 구성된 강화학습 기반의 신경망 모델일 수 있다. 또한 강화학습 기반의 신경망은 DQN(deep Q-network)인 강화학습 기반의 신경망을 이용할 수 있다. 프로세서(170)는 신경망 모델의 훈련을 통하여 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장할 수 있다. 이후, 프로세서(170)는 제1 주기 동안 제2 타임 스텝마다 전력 상한값 예측 모델을 통해 출력되는 L개의 예측 전력 상한값에 대한 평균값을 제1 주기 동안의 예측 전력 피크 가이드라인으로 생성할 수 있다.In step S1230, the processor 170 determines a predicted power upper limit from the predicted power usage data and generates a predicted power peak guideline by using a power upper limit prediction model for determining the predicted power upper limit using the predicted power usage data as an input. there is. In this embodiment, the processor 170 may generate an upper power limit prediction model before determining the predicted power upper limit value. When the processor 170 generates the power upper limit value prediction model, the first prediction average power usage data during the first period consisting of L second time steps having a time longer than the first time step is calculated as an average of the first predicted average power usage data. 2 Estimated average power consumption data can be calculated. The processor 170 determines the power difference between the second predicted average power usage data and the plurality of upper power limit values for a given state in which the second predicted average power usage data is input by an agent in which a plurality of upper power limit values are preset. Based on , the action of determining one of the upper power limits as the upper limit of the predicted power is performed, and the neural network model is trained to receive a reward for the power difference corresponding to the upper limit of the predicted power determined by the agent. can In this embodiment, the neural network model receives a given state and action of the agent and returns a reward and a next state (evnvironment), the agent performs an action in the given state to receive the maximum reward, and the predicted power upper limit It may be a reinforcement learning-based neural network model configured to update the decision performance of In addition, the reinforcement learning-based neural network may use a deep Q-network (DQN), a reinforcement learning-based neural network. The processor 170 may generate and store a power upper limit value prediction model for determining the predicted power upper limit value from the second predicted average power usage data through training of the neural network model. Thereafter, the processor 170 may generate an average value of L predicted power upper limit values output through the power upper limit value prediction model at every second time step during the first period as a predicted power peak guideline during the first period.

S1240단계에서, 프로세서(170)는 시계열 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생할 수 있다. 프로세서(170)는 입력되는 현재의 시계열 전력 사용량 데이터 및 예측 전력 피크 가이드라인으로부터 산출한 유클리디안 거리(Euclidean distance)가 기설정된 임계값 미만임에 따라 전기 요금이 초과될 수 있는 예측 시간대를 포함하는 알람을 발생하고, 이 알람을 사용자 단말기(400)에 전송할 수 있다. 알람을 수신한 사용자 단말기(400)는 전력 수요 주체(200)의 전력이 절감될 수 있도록, 전력 수요 주체(200)의 불필요한 전력을 차단 관리할 수 있다. In step S1240, the processor 170 may generate an alarm indicating that the electricity rate is exceeded based on the distance from the time-series power usage data to the predicted power peak guideline. The processor 170 includes a predicted time period during which electricity rates may be exceeded according to the Euclidean distance calculated from the input current time-series power usage data and the predicted power peak guideline being less than a preset threshold. may generate an alarm and transmit the alarm to the user terminal 400 . Upon receiving the alarm, the user terminal 400 may cut off and manage unnecessary power of the power demand entity 200 so that the power of the power demand entity 200 can be saved.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.Embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed on a computer through various components, and such a computer program may be recorded on a computer-readable medium. At this time, the medium is a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and a DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, and a ROM hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as RAM, flash memory, and the like.

한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the art of computer software. An example of a computer program may include not only machine language code generated by a compiler but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. In the specification of the present invention (particularly in the claims), the use of the term "above" and similar indicating terms may correspond to both singular and plural. In addition, when a range is described in the present invention, it includes an invention in which individual values belonging to the range are applied (unless there is a description to the contrary), and each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention Same as

본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.The steps constituting the method according to the present invention may be performed in any suitable order unless an order is explicitly stated or stated to the contrary. The present invention is not necessarily limited according to the order of description of the steps. The use of all examples or exemplary terms (eg, etc.) in the present invention is simply to explain the present invention in detail, and the scope of the present invention is limited due to the examples or exemplary terms unless limited by the claims. it is not going to be In addition, those skilled in the art can appreciate that various modifications, combinations and changes can be made according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or equivalents thereof.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments and should not be determined, and all scopes equivalent to or equivalently changed from the claims as well as the claims described below are within the scope of the spirit of the present invention. will be said to belong to

100: 전력 관리 장치
200: 수요주체
300: IoT 센서
400: 사용자 단말기
100: power management device
200: demand subject
300: IoT sensor
400: user terminal

Claims (8)

전력 관리 장치의 프로세서에 의해 수행되는 전력 관리 방법으로서,
전력 수요 주체에 구비된 IoT 센서로부터 수집한 센서 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계;
상기 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계;
예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여 상기 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성하는 단계; 및
상기 시계열 전력 사용량 데이터로부터 상기 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생하는 단계를 포함하고,
상기 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계는,
상기 IoT 센서로부터 수집한 센싱 데이터를 기설정된 분류 기준을 적용하여 분류하는 단계; 및
상기 분류 기준에 따라 분류된 센싱 데이터로부터 센싱 시간에 대응하는 전력 사용량 데이터를 포함하는 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 분류 기준은,
상기 센싱 데이터를 주간에 비해 전력 사용량이 적은 심야 시간대로 분류하는 제1 분류 기준과, 상기 센싱 데이터를 다른 계절에 비해 전력 사용량이 많은 하계로 분류하는 제2 분류 기준과, 상기 센싱 데이터를 전력 사용량이 상기 하계보다 적은 동계로 분류하는 제3 분류 기준과, 상기 센싱 데이터를 시간에 따라 분(minute)별, 시간(hour)별, 요일(day)별, 주(week)별, 달(month)별 및 년(year)별로 분류하는 제4 분류 기준을 포함하고,
상기 예측 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계 이전에, 상기 예측 전력 사용량 데이터로부터 주기 함수로서의 푸리에 급수를 산출하고, 상기 푸리에 급수의 계수를 피팅하는 단계를 더 포함하고,
상기 푸리에 급수의 계수를 피팅하는 단계는,
기설정된 시간을 갖는 T개의 제1 타임 스텝으로 구성되는 제1 주기 동안의 이전 전력 사용량 데이터군에 대한 평균 전력 사용량 데이터를 산출하는 단계; 및
상기 평균 전력 사용량을 비선형 최소 자승법(non-linear least squre)을 기반으로 커브 피팅(curve fitting)하여 상기 푸리에 급수의 계수를 피팅하는 단계를 더 포함하고,
상기 예측 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계는,
다음 제1 주기 동안의 상기 T개의 제1 타임 스텝 각각을 상기 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 상기 다음 제1 주기 동안의 상기 T개의 제1 타임 스텝 각각에 대응하는 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터를 생성하는 단계를 포함하며,
상기 예측 전력 상한값을 결정하기 이전에, 상기 전력 상한값 예측 모델을 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 전력 상한값 예측 모델을 생성하는 단계는,
상기 제1 타임 스텝보다 더 긴 시간을 갖는 L개의 제2 타임 스텝으로 구성되는 제1 주기 동안의 상기 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터에 대한 평균으로서의 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터를 산출하는 단계;
복수개의 전력 상한값이 기설정된 에이전트(agent)가 상기 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터가 입력되는 주어진 상태(state)에 대하여, 상기 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터 및 상기 복수개의 전력 상한값 대한 전력 차이를 기반으로 하여 상기 복수개의 전력 상한값 중 어느 한 전력 상한값을 예측 전력 상한값로 결정하는 행동(action)을 수행하고, 상기 에이전트가 결정한 예측 전력 상한값에 대응하는 전력 차이를 보상(reward) 받도록 신경망 모델을 훈련시키는 단계; 및
상기 신경망 모델의 훈련을 통하여 상기 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장하는 단계를 포함하고,
상기 신경망 모델은,
상기 에이전트의 상기 주어진 상태 및 상기 행동을 입력받아 상기 보상 및 다음 상태(state)를 반환하는 환경(evnvironment)에서, 상기 에이전트는 최대 보상을 받도록 상기 주어진 상태에서 행동을 수행하고 예측 전력 상한값의 결정 성능을 업데이트하도록 구성된 강화학습 기반의 신경망 모델인,
예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 방법.
A power management method performed by a processor of a power management device,
Generating time-series power consumption data using sensor data collected from an IoT sensor provided in a power demand entity;
generating future predicted power usage data by applying the time-series power usage data to a Fourier series to which coefficients are fitted;
determining a predicted power upper limit value from the predicted power usage data using a power upper limit prediction model that determines an upper predicted power limit value using the predicted power usage data as an input and generating a predicted power peak guideline; and
Generating an alarm that an electricity rate is exceeded based on a distance from the time-series power usage data to the predicted power peak guideline;
Generating the time-series power usage data,
Classifying the sensing data collected from the IoT sensor by applying a preset classification criterion; and
Generating time-series power usage data including power usage data corresponding to a sensing time from sensing data classified according to the classification criterion;
The classification criteria are,
A first classification criterion for classifying the sensing data into a late-night time zone with less power consumption than during the daytime, a second classification criterion for classifying the sensing data into a summer season with higher power consumption than other seasons, and a power usage of the sensing data A third classification criterion for classifying the sensing data as winter season less than summer season, and the sensing data according to time by minute, hour, day, week, month Including a fourth classification criterion for classifying by star and year,
Prior to generating the predicted power usage data, further comprising calculating a Fourier series as a periodic function from the predicted power usage data and fitting coefficients of the Fourier series,
Fitting the coefficients of the Fourier series,
Calculating average power usage data for a previous power usage data group during a first period consisting of T first time steps having a preset time; and
Further comprising the step of fitting the coefficients of the Fourier series by curve fitting the average power usage based on a non-linear least square method,
Generating the predicted power usage data,
First predicted average power usage data corresponding to each of the T first time steps during the next first period by applying each of the T first time steps during the next first period to a Fourier series to which the coefficient is fitted Including the step of generating,
Before determining the predicted power upper limit value, further comprising generating the power upper limit prediction model;
Generating the power upper limit prediction model,
Calculating second predicted average power usage data as an average of the first predicted average power usage data during a first period consisting of L second time steps having a time longer than the first time step;
An agent in which a plurality of power upper limit values are preset is based on the second predicted average power usage data and the power difference between the plurality of upper power limit values for a given state in which the second predicted average power usage data is input. To perform an action of determining any one of the plurality of power upper limits as the predicted power upper limit value, and to compensate for the power difference corresponding to the predicted power upper limit value determined by the agent Training the neural network model to receive a reward step; and
Generating and storing a power upper limit prediction model for determining a predicted power upper limit value from the second predicted average power usage data through training of the neural network model, and
The neural network model,
In an environment (evnvironment) that receives the given state and the action of the agent and returns the reward and the next state (evnvironment), the agent performs an action in the given state to receive the maximum reward and determines the upper limit of predicted power A reinforcement learning-based neural network model configured to update
Power management method using predicted power peak guidelines.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 강화학습 기반의 신경망은 DQN(deep Q-network)인 강화학습 기반의 신경망을 이용하는,
예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 방법.
According to claim 1,
The reinforcement learning-based neural network uses a reinforcement learning-based neural network that is a deep Q-network (DQN).
A power management method using predicted power peak guidelines.
제 1 항에 있어서,
상기 예측 전력 피크 가이드라인을 생성하는 단계는,
상기 제1 주기 동안 상기 제2 타임 스텝마다 상기 전력 상한값 예측 모델을 통해 출력되는 L개의 예측 전력 상한값에 대한 평균값을 상기 제1 주기 동안의 예측 전력 피크 가이드라인으로 생성하는 단계를 포함하는,
예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 방법.
According to claim 1,
Generating the predicted power peak guidelines,
Generating an average value of L predicted power upper limit values output through the power upper limit value prediction model for each second time step during the first period as a predicted power peak guideline during the first period,
A power management method using predicted power peak guidelines.
컴퓨터를 이용하여 제 1 항, 제 5 항 및 제 6 항의 방법 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium storing a computer program for executing the method of any one of claims 1, 5, and 6 using a computer. 전력 관리 장치로서,
프로세서; 및
상기 프로세서와 동작 가능하게 연결되고 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드를 저장하는 메모리를 포함하고,
상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때, 상기 프로세서가 전력 수요 주체에 구비된 IoT 센서로부터 수집한 센서 데이터를 이용하여 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하고,
상기 시계열 전력 사용량 데이터를 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 미래의 예측 전력 사용량 데이터를 생성하고,
예측 전력 사용량 데이터를 입력으로 하여 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 이용하여 상기 예측 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하고 예측 전력 피크 가이드라인을 생성하며,
상기 시계열 전력 사용량 데이터로부터 상기 예측 전력 피크 가이드라인까지의 거리를 기반으로 하여 전기 요금이 초과되는 알람을 발생하도록 야기하는 코드를 저장하고,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 시계열 전력 사용량 데이터를 생성 시에, 상기 IoT 센서로부터 수집한 센싱 데이터를 기설정된 분류 기준을 적용하여 분류하고,
상기 분류 기준에 따라 분류된 센싱 데이터로부터 센싱 시간에 대응하는 전력 사용량 데이터를 포함하는 시계열 전력 사용량 데이터를 생성하도록 야기하고,
상기 분류 기준은,
상기 센싱 데이터를 주간에 비해 전력 사용량이 적은 심야 시간대로 분류하는 제1 분류 기준과, 상기 센싱 데이터를 다른 계절에 비해 전력 사용량이 많은 하계로 분류하는 제2 분류 기준과, 상기 센싱 데이터를 전력 사용량이 상기 하계보다 적은 동계로 분류하는 제3 분류 기준과, 상기 센싱 데이터를 시간에 따라 분(minute)별, 시간(hour)별, 요일(day)별, 주(week)별, 달(month)별 및 년(year)별로 분류하는 제4 분류 기준을 포함하며,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 예측 전력 사용량 데이터를 생성하기 이전에, 상기 예측 전력 사용량 데이터로부터 주기 함수로서의 푸리에 급수를 산출하고, 상기 푸리에 급수의 계수를 피팅하도록 야기하는 코드를 더 저장하고,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 푸리에 급수의 계수를 피팅 시에, 기설정된 시간을 갖는 T개의 제1 타임 스텝으로 구성되는 제1 주기 동안의 이전 전력 사용량 데이터군에 대한 평균 전력 사용량 데이터를 산출하고,
상기 평균 전력 사용량을 비선형 최소 자승법(non-linear least squre)을 기반으로 커브 피팅(curve fitting)하여 상기 푸리에 급수의 계수를 피팅하도록 야기하는 코드를 더 저장하고,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 예측 전력 사용량 데이터를 생성 시에, 다음 제1 주기 동안의 상기 T개의 제1 타임 스텝 각각을 상기 계수가 피팅된 푸리에 급수에 적용하여 상기 다음 제1 주기 동안의 상기 T개의 제1 타임 스텝 각각에 대응하는 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터를 생성하고,
상기 예측 전력 상한값을 결정하기 이전에, 상기 전력 상한값 예측 모델을 생성하도록 야기하는 코드를 더 저장하고,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 전력 상한값 예측 모델을 생성 시에, 상기 제1 타임 스텝보다 더 긴 시간을 갖는 L개의 제2 타임 스텝으로 구성되는 제1 주기 동안의 상기 제1 예측 평균 전력 사용량 데이터에 대한 평균으로서의 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터를 산출하고,
복수개의 전력 상한값이 기설정된 에이전트(agent)가 상기 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터가 입력되는 주어진 상태(state)에 대하여, 상기 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터 및 상기 복수개의 전력 상한값 대한 전력 차이를 기반으로 하여 상기 복수개의 전력 상한값 중 어느 한 전력 상한값을 예측 전력 상한값로 결정하는 행동(action)을 수행하고, 상기 에이전트가 결정한 예측 전력 상한값에 대응하는 전력 차이를 보상(reward) 받도록 신경망 모델을 훈련시키고,
상기 신경망 모델의 훈련을 통하여 상기 제2 예측 평균 전력 사용량 데이터로부터 예측 전력 상한값을 결정하는 전력 상한값 예측 모델을 생성하여 저장하도록 야기하는 코드를 저장하고,
상기 신경망 모델은,
상기 에이전트의 상기 주어진 상태 및 상기 행동을 입력받아 상기 보상 및 다음 상태(state)를 반환하는 환경(evnvironment)에서, 상기 에이전트는 최대 보상을 받도록 상기 주어진 상태에서 행동을 수행하고 예측 전력 상한값의 결정 성능을 업데이트하도록 구성된 강화학습 기반의 신경망 모델인,
예측 전력 피크 가이드라인을 이용한 전력 관리 장치.
As a power management device,
processor; and
a memory operatively connected to the processor and storing at least one code executed by the processor;
When the memory is executed through the processor, the processor generates time-series power usage data using sensor data collected from an IoT sensor provided in a power demand entity;
Applying the time-series power usage data to a Fourier series to which coefficients are fitted to generate future predicted power usage data;
Determining a predicted power upper limit from the predicted power usage data using a power upper limit prediction model that determines the predicted power upper limit by taking the predicted power usage data as an input and generating a predicted power peak guideline;
storing code that causes an alarm to be exceeded based on the distance from the time-series power usage data to the predicted power peak guideline;
The memory causes the processor to:
When generating the time-series power consumption data, the sensing data collected from the IoT sensor is classified by applying a preset classification criterion,
Cause time-series power usage data including power usage data corresponding to a sensing time to be generated from the sensing data classified according to the classification criterion;
The classification criteria are,
A first classification criterion for classifying the sensing data into a late-night time zone with less power consumption than during the daytime, a second classification criterion for classifying the sensing data into a summer season with higher power consumption than other seasons, and a power usage of the sensing data A third classification criterion for classifying the sensing data as winter season less than summer season, and the sensing data according to time by minute, hour, day, week, month It includes a fourth classification criterion for classifying by star and year,
The memory causes the processor to:
before generating the predicted power usage data, further storing code that causes a Fourier series as a periodic function to be calculated from the predicted power usage data, and coefficients of the Fourier series to be fitted;
The memory causes the processor to:
When fitting the coefficients of the Fourier series, calculating average power usage data for a previous power usage data group during a first period consisting of T first time steps having a predetermined time period;
further storing code that causes the average power usage to curve fit based on a non-linear least square to fit the coefficients of the Fourier series;
The memory causes the processor to:
When the predicted power consumption data is generated, each of the T first time steps during the next first period is applied to a Fourier series to which the coefficient is fitted, and each of the T first time steps during the next first period Generating first predicted average power usage data corresponding to;
before determining the predicted power upper limit, further storing code that causes generating the power upper limit prediction model;
The memory causes the processor to:
When the power upper limit value prediction model is generated, the second prediction as an average of the first predicted average power usage data during a first period consisting of L second time steps having a time longer than the first time step Calculate average power usage data;
An agent in which a plurality of power upper limit values are preset is based on the second predicted average power usage data and the power difference between the plurality of upper power limit values for a given state in which the second predicted average power usage data is input. to perform an action of determining one of the plurality of power upper limits as the predicted power upper limit value, and train a neural network model to receive a reward for a power difference corresponding to the predicted power upper limit value determined by the agent, ,
Store code that causes generation and storage of a power upper limit prediction model for determining a predicted power upper limit value from the second predicted average power usage data through training of the neural network model;
The neural network model,
In an environment (evnvironment) that receives the given state and the action of the agent and returns the reward and the next state (evnvironment), the agent performs an action in the given state to receive the maximum reward and determines the upper limit of predicted power A reinforcement learning-based neural network model configured to update
Power management devices using predicted power peak guidelines.
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