KR102553193B1 - System and method for predicting photovoltaic power generation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 다층 퍼셉트론 모델을 이용한 태양광 발전량 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a system and method for predicting solar power generation using a multi-layer perceptron model.
환경 오염과 에너지 부족을 대처하기 위해 태양광이 미래의 에너지 극복 방안으로 주목받고, 세계적 추세에 따라 신재생 에너지 의무 사용 정책 및 온실 가스 배출권 거래제가 시행되면서 태양광 발전 시스템의 설치가 정책적으로 권장되어 태양광 발전 설비 용량이 점차 증가하고 있다.In order to cope with environmental pollution and energy shortage, solar power is attracting attention as a future energy solution, and the installation of photovoltaic power generation systems is recommended as a policy as the new renewable energy mandatory use policy and greenhouse gas emission trading system are implemented according to the global trend. Solar power plant capacity is gradually increasing.
태양광 발전 시스템은 태양광 모듈과 인버터를 중요 설비로 포함하며, 시간이 지남에 따라 설비의 성능이 저하되면서, 태양광 발전 효율이 감소하게 되는데, 이를 방지하기 위해 설비의 유지 보수의 중요성이 대두되고 있다.The photovoltaic power generation system includes solar modules and inverters as important facilities, and as the performance of the facilities deteriorates over time, the efficiency of photovoltaic power generation decreases. To prevent this, the importance of facility maintenance is emerging. It is becoming.
설비의 유지 보수를 위해서는 설비의 정확한 진단이 요구되며, 이를 위해 태양광 패널의 최대 전력 추종점((Maximum Power Point Tracking, MPPT)을 이용하거나, 태양광 패널의 소재에 기초하여 이상 상태를 진단하거나, 인버터가 측정한 태양광 발전량 데이터를 이용하여 이상 상태를 진단하는 방안이 이용되고 있다.For facility maintenance, accurate diagnosis of facilities is required. , a method of diagnosing an abnormal state using the solar power generation data measured by an inverter is being used.
최근 하드웨어의 성능이 향상되면서 기계 학습을 이용한 분석 방안이 보편화됨에 따라 예측의 정확도를 향상시키기 위해 기계 학습을 적용하여 설비의 이상 상태를 진단하는 방안이 증가하고 있다.Recently, as the performance of hardware has improved and analysis methods using machine learning have become common, methods of diagnosing abnormal conditions of facilities by applying machine learning to improve prediction accuracy are increasing.
본 발명의 실시예들은 기계 학습에 기초한 보다 정확하고 효율적인 태양광 발전량 예측 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are to provide a more accurate and efficient solar power generation prediction system and method based on machine learning.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 시스템은 환경 센서 및 태양광 발전 시스템으로부터 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 센싱 데이터 및 상기 태양광 발전량 데이터를 전처리하는 데이터 전처리부; 전처리된 센싱 데이터 및 전처리된 태양광 발전량 데이터에 기반하여 다층 퍼셉트론 모델을 학습하는 다층 퍼셉트론 모델 학습부; 및 상기 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여 태양광 발전량을 예측하는 태양광 발전량 예측부;를 포함한다.A solar power generation prediction system according to an embodiment of the present invention includes a data collection unit for collecting sensing data and solar power generation data from an environment sensor and a solar power generation system; a data preprocessing unit preprocessing the sensing data and the photovoltaic power generation data; a multi-layer perceptron model learning unit that learns a multi-layer perceptron model based on the pre-processed sensing data and the pre-processed solar power generation data; and a photovoltaic power generation estimation unit that predicts solar power generation using the multi-layer perceptron model.
본 실시예에서, 상기 센싱 데이터는 일사량 데이터 및 온도 데이터를 포함하고, 상기 태양광 발전량 데이터는 상기 태양광 발전 시스템에 포함된 인버터의 직류 발전량 데이터 및 교류 발전량 데이터를 포함할 수 있다.In this embodiment, the sensing data may include insolation data and temperature data, and the solar power generation data may include DC power generation data and AC power generation data of an inverter included in the photovoltaic system.
본 실시예에서, 상기 데이터 전처리부는 상기 교류 발전량 데이터와의 상관 분석을 통해 상기 센싱 데이터 및 상기 태양광 발전량 데이터로부터 입력 데이터를 추출할 수 있다.In this embodiment, the data pre-processing unit may extract input data from the sensing data and the photovoltaic power generation data through a correlation analysis with the AC power generation data.
본 실시예에서, 상기 데이터 전처리부는 상기 일사량 데이터 및 상기 직류 발전량 데이터를 입력 데이터로 추출할 수 있다.In this embodiment, the data pre-processing unit may extract the insolation data and the DC power generation data as input data.
본 실시예에서, 상기 다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어, 2개의 은닉 레이어, 및 1개의 출력 레이어를 포함하고, 상기 입력 레이어는 상기 일사량 데이터를 나타내는 노드 및 상기 직류 발전량 데이터를 나타내는 노드를 포함하고, 상기 출력 레이어는 상기 교류 발전량 데이터를 나타내는 노드를 포함할 수 있다.In this embodiment, the multilayer perceptron model includes one input layer, two hidden layers, and one output layer, and the input layer includes a node representing the solar radiation data and a node representing the DC power generation data, , The output layer may include a node representing the AC generation amount data.
본 실시예에서, 상기 다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어, 2개의 은닉 레이어, 및 1개의 출력 레이어를 포함하고, 상기 입력 레이어는 상기 일사량 데이터를 나타내는 노드 및 상기 직류 발전량 데이터를 나타내는 노드로 구성되고, 상기 2개의 은닉 레이어 중 하나는 4개의 노드로, 상기 2개의 은닉 레이어 중 다른 하나는 2개의 노드로 구성되고, 상기 출력 레이어는 상기 교류 발전량 데이터를 나타내는 노드로 구성될 수 있다.In this embodiment, the multilayer perceptron model includes one input layer, two hidden layers, and one output layer, and the input layer is composed of a node representing the solar radiation data and a node representing the DC power generation data, , One of the two hidden layers may consist of 4 nodes, the other of the two hidden layers may consist of 2 nodes, and the output layer may consist of nodes representing the AC generation amount data.
본 실시예에서, 상기 다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어, 2개의 은닉 레이어, 및 1개의 출력 레이어를 포함하고, 상기 입력 레이어는 2개의 노드로, 상기 2개의 은닉 레이어 중 하나는 4개의 노드로, 상기 2개의 은닉 레이어 중 다른 하나는 2개의 노드로, 상기 출력 레이어는 1개의 노드로 구성될 수 있다.In this embodiment, the multilayer perceptron model includes 1 input layer, 2 hidden layers, and 1 output layer, the input layer has 2 nodes, and one of the 2 hidden layers has 4 nodes , the other of the two hidden layers may consist of two nodes, and the output layer may consist of one node.
본 실시예에서, 상기 다층 퍼셉트론 모델 학습부는 상기 데이터 전처리부로부터 전처리된 데이터 중에서, 소정 양의 데이터를 학습하고, 상기 학습된 데이터를 제외한 나머지 데이터로 다층 퍼셉트론 모델을 검증할 수 있다.In this embodiment, the multilayer perceptron model learning unit may learn a predetermined amount of data from among data preprocessed by the data preprocessing unit, and verify the multilayer perceptron model with remaining data excluding the learned data.
본 실시예에서, 상기 태양광 발전량 예측부는 상기 다층 퍼셉트론 모델에 상기 환경 센서로부터의 새로운 일사량 데이터 및 상기 인버터로부터의 새로운 직류 발전량 데이터를 입력하여 얻은 결과에 기초하여 새로운 교류 발전량 데이터를 예측할 수 있다.In this embodiment, the solar power generation prediction unit may predict new AC power generation data based on a result obtained by inputting new insolation data from the environment sensor and new DC power generation data from the inverter into the multilayer perceptron model.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 방법은 데이터 수집부에 의해, 환경 센서 및 태양광 발전 시스템으로부터 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터를 수집하는 단계; 데이터 전처리부에 의해, 상기 센싱 데이터 및 상기 태양광 발전량 데이터를 전처리하는 단계; 다층 퍼셉트론 모델 학습부에 의해, 전처리된 센싱 데이터 및 전처리된 태양광 발전량 데이터에 기반하여 다층 퍼셉트론 모델을 학습하는 단계; 및 태양광 발전량 예측부에 의해, 상기 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여 태양광 발전량을 예측하는 단계;를 포함한다.A solar power generation prediction method according to an embodiment of the present invention includes the steps of collecting sensing data and solar power generation data from an environment sensor and a photovoltaic power generation system by a data collection unit; pre-processing the sensing data and the photovoltaic generation amount data by a data pre-processing unit; learning a multi-layer perceptron model based on the pre-processed sensing data and the pre-processed solar power generation data by a multi-layer perceptron model learning unit; and predicting the amount of solar power generation using the multi-layer perceptron model by a solar power generation predictor.
본 발명의 실시예들에 따르면, 태양광 발전 시스템이 생산하는 교류 발전량 데이터와 관련성이 높은 데이터들에 기초하여 다층 퍼셉트론 모델을 학습 및 검증함으로써, 다층 퍼셉트론 모델을 이용한 태양광 발전량 예측 시스템의 정확도가 향상될 수 있다.According to the embodiments of the present invention, by learning and verifying the multi-layer perceptron model based on data highly related to the AC power generation data produced by the solar power system, the accuracy of the solar power generation prediction system using the multi-layer perceptron model is improved. can be improved
또한, 본 발명의 실시예들의 다층 퍼셉트론 모델은 비교적 적은 자원에 기초하여 보다 정확한 예측일 가능하므로, 효율적인 태양광 발전량 예측 시스템을 제공할 수 있다.In addition, since the multilayer perceptron model of the embodiments of the present invention can make more accurate prediction based on relatively few resources, an efficient solar power generation amount prediction system can be provided.
또한, 본 발명의 실시예들의 다층 퍼셉트론 모델은 2 이상의 학습 데이터 세트를 이용하여 학습 및 검증될 수 있으므로, 정확도가 향상된 태양광 발전량 예측 시스템을 제공할 수 있다.In addition, since the multilayer perceptron model of the embodiments of the present invention can be learned and verified using two or more training data sets, a solar power generation prediction system with improved accuracy can be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 시스템의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 퍼셉트론 모델의 입력 데이터와 출력 데이터 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 퍼셉트론 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 효율 감소를 확인하기 위한 선형 회귀 진행 결과를 나타낸 테이블이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 예측 시스템의 동작 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram showing the structure of a system for predicting solar power generation amount according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing a correlation between input data and output data of a multilayer perceptron model according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a multi-layer perceptron model according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for predicting solar power generation amount according to an embodiment of the present invention.
5 is a table showing linear regression progress results for checking efficiency reduction of an inverter according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the operation result of the solar power prediction system according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. 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.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the following embodiments, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are only used to distinguish one component from another.
이하의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, "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.Terms used in the following examples are only used to describe specific examples, and are not intended to limit the present invention. Expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the following embodiments, the terms "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more It should be understood that the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명의 실시예의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명의 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. 매커니즘, 요소, 수단, 구성과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.Embodiments of the invention may be presented as functional block structures and various processing steps. These functional blocks may be implemented with any number of hardware or/and software components that perform specific functions. For example, embodiments of the present invention may be directed to memory, processing, logic, look-up tables, etc., which may perform various functions by means of the control of one or more microprocessors or other control devices. Circuit configurations may be employed. Similar to the components of an embodiment of the invention may be implemented as software programming or software elements, an embodiment of the invention may include various algorithms implemented as data structures, processes, routines, or combinations of other programming constructs. , C, C++, Java (Java), can be implemented in a programming or scripting language such as assembler (assembler). Functional aspects may be implemented in an algorithm running on one or more processors. In addition, embodiments of the present invention may employ conventional techniques for electronic environment setting, signal processing, and/or data processing. Terms such as mechanism, element, means, and configuration may be used broadly and are not limited to mechanical and physical configurations. The term may include a meaning of a series of software routines in association with a processor or the like.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 시스템의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3, the operation of the system for predicting the amount of solar power generation according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 시스템의 구조를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the structure of a system for predicting solar power generation amount according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 태양광 발전량 예측 시스템(100)은 데이터 수집부(110), 데이터 전처리부(130), 다층 퍼셉트론 모델 학습부(150), 및 태양광 발전량 예측부(170)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the solar power
데이터 수집부(110)는 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터를 수집한다.The
태양광 발전 시스템(20)에 설치된 환경 센서(10)는 일사량 데이터 및 온도 데이터를 획득할 수 있다.The
태양광 발전 시스템(20)은 태양광 모듈(21) 및 인버터(23)를 포함할 수 있다. 태양광 모듈(21)은 전기를 생성할 수 있고, 인버터(23)는 태양광 모듈(21)에 의해 생성된 직류(Direct Current, DC) 발전량 데이터를 교류(Alternation Current, AC) 발전량 데이터로 변환할 수 있다.The photovoltaic power generation system 20 may include a
태양광 발전량 예측 시스템(100)은 RMC(Remote Maintenance Controller) gateway로 구현될 수 있다.The solar power generation
데이터 수집부(110)는 환경 센서(10)로부터 기온 데이터 및 일사량 데이터를, 태양광 발전 시스템(20)으로부터 직류 발전량 데이터 및 교류 발전량 데이터를 수집할 수 있다.The
데이터 수집부(110)는 서로 연동된 하나 이상의 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 기온 데이터, 일사량 데이터, 직류 발전량 데이터, 및 교류 발전량 데이터 등을 수집할 수 있다.The
예를 들어, 데이터 수집부(100)는 A 지역에 설치된 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20), 및 B 지역에 설치된 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 각각 기온 데이터, 일사량 데이터, 직류 발전량 데이터, 및 교류 발전량 데이터를 수집할 수 있다.For example, the
데이터 전처리부(130)는 수집된 센싱 데이터 및 수집된 태양광 발전량 데이터를 전처리한다.The
데이터 전처리부(130)는 서로 연동된 하나 이상의 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 기온 데이터, 일사량 데이터, 직류 발전량 데이터, 및 교류 발전량 데이터 등을 전처리할 수 있다.The data pre-processing
예를 들어, 데이터 전처리부(130)는 A 지역에 설치된 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20), 및 B 지역에 설치된 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 각각 기온 데이터, 일사량 데이터, 직류 발전량 데이터, 및 교류 발전량 데이터를 각각 별개의 테이블에 저장하고, 두 개의 테이블을 병합하고, 기온 데이터 및/또는 일사량 데이터가 입력되지 않은 데이터를 제거할 수 있다.For example, the data pre-processing
데이터 전처리부(130)는 직류 발전량 데이터 및/또는 교류 발전량 데이터를 MinMaxScaler를 이용하여 전처리할 수 있다.The data
데이터 전처리부(130)는 선형 회귀 분석을 통해 인버터(23)의 효율 감소를 확인하여 다층 퍼셉트론 모델 학습에 사용할 데이터를 선택할 수 있다.The data
데이터 전처리부(130)는 상관 분석을 통해 다층 퍼셉트론 모델 학습에 사용할 데이터를 선택할 수 있다.The data
일 실시예에 따른 데이터 전처리부(130)는 교류 발전량 데이터와의 상관 분석을 통해 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터로부터 입력 데이터를 추출할 수 있다.The data
예를 들어, 데이터 전처리부(130)는 수집된 센싱 데이터 및 수집된 태양광 발전량 데이터 중에서 추후 예측의 대상이 되는 교류 발전량 데이터와의 상관 계수가 높은 데이터를 입력 데이터로서 선택할 수 있다.For example, the
데이터 전처리부(130)의 상관 분석 결과, 센싱 데이터 중에서 교류 발전량 데이터와 상관계수가 높은 데이터는 일사량 데이터일 수 있고, 태양광 발전량 데이터 중에서 교류 발전량 데이터와 상관계수가 높은 데이터는 직류 발전량 데이터일 수 있다.As a result of the correlation analysis by the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 퍼셉트론 모델의 입력 데이터와 출력 데이터 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing a correlation between input data and output data of a multilayer perceptron model according to an embodiment of the present invention.
도 2의 (a)는 직류 발전량 데이터(DCP)와 교류 발전량 데이터(ACP)의 상관 관계를, (b)는 일사량 데이터(Levelsolar)와 교류 발전량 데이터(ACP)의 상관 관계를 나타낸 것이다.(a) of FIG. 2 shows the correlation between DC power generation data (DCP) and AC power generation data (ACP), and (b) shows the correlation between solar radiation data (Levelsolar) and AC power generation data (ACP).
도 2를 참조하면, 직류 발전량 데이터(DCP)와 교류 발전량 데이터(ACP)의 상관 관계가 일사량 데이터(Levelsolar)와 교류 발전량 데이터(ACP)의 상관 관계보다 더 강하다.Referring to FIG. 2 , the correlation between DC power generation data (DCP) and AC power generation data (ACP) is stronger than that between solar radiation data (Levelsolar) and AC power generation data (ACP).
일사량 데이터의 분포 양상은 데이터 수집 기간에 따라 크게 좌우되는 바, 복수의 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터를 수집하는 경우, 공통 기간에 수집된 데이터를 이용할 수 있다.The distribution aspect of solar radiation data is greatly influenced by the data collection period, and when sensing data and solar power generation data are collected from a plurality of
예를 들어, 복수의 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 수집한 전체 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터 중에서 공통 기간에 대응되는 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터가 선택적으로 기계 학습에 이용될 수 있다.For example, among all sensing data and solar power generation data collected from the plurality of
다시 도 1을 참조하면, 다층 퍼셉트론 모델 학습부(150)는 전처리된 센싱 데이터 및 전처리된 태양광 발전량 데이터에 기반하여 다층 퍼셉트론 모델을 학습한다.Referring back to FIG. 1 , the multilayer perceptron
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 퍼셉트론 모델을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining a multi-layer perceptron model according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어(Input Layer), 2개의 은닉 레이어(Hidden Layer), 및 1개의 출력 레이어(Output Layer)를 포함할 수 있다. 각 레이어에서의 w는 가중치를 나타낸다.Referring to FIG. 3 , the multilayer perceptron model may include one input layer, two hidden layers, and one output layer. w in each layer represents a weight.
입력 레이어(Input Layer)는 2개의 노드로 구성될 수 있다. 예를 들어, 입력 레이어(Input Layer)는 일사량 데이터를 나타내는 노드(Solar Radiation) 및 직류 발전량 데이터를 나타내는 노드(DCP)로 구성될 수 있다.An input layer may consist of two nodes. For example, the input layer may include a node representing solar radiation data (Solar Radiation) and a node representing DC power generation data (DCP).
2개의 은닉 레이어(Hidden Layer) 중 하나는 4개의 노드로, 다른 하나는 2개의 노드로 구성될 수 있다.One of the two hidden layers may be composed of 4 nodes and the other may be composed of 2 nodes.
출력 레이어(Output Layer)는 1개의 노드로 구성될 수 있다. 예를 들어, 출력 레이어(Output Layer)는 교류 발전량 데이터를 나타내는 노드(ACP)로 구성될 수 있다.An output layer may consist of one node. For example, the output layer may include a node ACP representing AC power generation data.
다시 도 1을 참조하면, 다층 퍼셉트론 모델 학습부(150)는 데이터 전처리부(130)는 전처리된 데이터 중에서 소정 양의 데이터를 학습하여 다층 퍼셉트론 모델을 생성하고, 학습된 데이터를 제외한 나머지 데이터로 다층 퍼셉트론 모델을 검증할 수 있다.Referring back to FIG. 1, in the multilayer perceptron
다층 퍼셉트론 모델의 활성화 함수(Activation Function)는 선형 함수일 수 있다.An activation function of the multilayer perceptron model may be a linear function.
다층 퍼셉트론 모델은 역전파(Backpropagation) 훈련 알고리즘을 통해 학습할 수 있다. 다층 퍼셉트론 모델을 구성하는 각 뉴런은 역전파 과정을 거치면서 오차를 최소화하는 최적 매개변수를 찾는 최적화(Optimization)를 수행할 수 있다.Multi-layer perceptron models can be trained through a backpropagation training algorithm. Each neuron constituting the multilayer perceptron model can perform optimization to find optimal parameters that minimize errors while going through a backpropagation process.
최적화는 적응적 모멘트 추정(Adaptive Moment Estimation, Adam)으로 수행될 수 있으며, 수학식 1을 통해 가중치를 도출할 수 있다. 최적화는 기계 학습의 파라미터 갱신을 위해 이용될 수 있으며, 이를 통해 비용 함수를 최소화하기 위한 최적의 파라미터를 찾을 수 있다. w는 가중치, 는 기계 학습의 학습률, 는 그래디언트(gradient)의 두 번째 모멘트로서 비중심 분산, 은 0으로 나누어 떨어지는 것을 방지하기 위한 매우 작은 수, 는 그래디언트의 첫 번째 모멘트로서 평균을 의미할 수 있다.Optimization may be performed by adaptive moment estimation (Adam), and weights may be derived through
다층 퍼셉트론 모델 학습부(150)는 수학식 2를 통해 다층 퍼셉트론 모델을 검증할 수 있다. 수학식 2는 손실 함수로서 사용된 평균 제곱 오차(Mean Squared Error, MES)를 계산하기 위한 식일 수 있다. n은 데이터의 개수, 는 실제 데이터, 는 다층 퍼셉트론 모델을 통해 출력한 예측 데이터일 수 있다. The multi-layer perceptron
다층 퍼셉트론 모델 학습부(150)는 수학식 3을 통해 다층 퍼셉트론 모델이 출력한 예측 데이터의 정확도를 측정할 수 있다. 수학식 4는 평균 절대비 오차(Mean Absolute Percentage Error, MAPE)를 계산하기 위한 식일 수 있다. n은 데이터의 개수,는 실제 데이터, 는 예측 데이터일 수 있다.The multilayer perceptron
태양광 발전량 예측부(170)는 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여 태양광 발전량을 예측할 수 있다.The solar power
일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측부(170)는 다층 퍼셉트론 모델에 환경 센서(10)로부터의 새로운 일사량 데이터 및 인버터(23)로부터의 새로운 직류 발전량 데이터를 입력하여 얻은 결과에 기초하여 새로운 교류 발전량 데이터를 예측할 수 있다.The solar power
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전량 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method for predicting solar power generation amount according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 데이터 수집부(110)는 환경 센서(10) 및 태양광 발전 시스템(20)으로부터 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터를 수집한다(S410).Referring to FIG. 4 , the
예를 들어, 센싱 데이터는 일사량 데이터 및 온도 데이터를 포함할 수 있고, 태양광 발전량 데이터는 태양광 발전 시스템에 포함된 인버터의 직류 발전량 데이터 및 교류 발전량 데이터를 포함할 수 있다.For example, the sensing data may include insolation data and temperature data, and the solar power generation data may include DC power generation data and AC power generation data of an inverter included in the photovoltaic power generation system.
이어서, 데이터 전처리부(130)는 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터를 전처리한다(S430).Subsequently, the
예를 들어, 데이터 전처리부(130)는 교류 발전량 데이터와의 상관 분석을 통해 센싱 데이터 및 태양광 발전량 데이터로부터 일사량 데이터 및 직류 발전량 데이터를 입력 데이터로서 추출할 수 있다.For example, the
이어서, 다층 퍼셉트론 모델 학습부(150)는 전처리된 센싱 데이터 및 전처리된 태양광 발전량 데이터에 기반하여 다층 퍼셉트론 모델을 학습한다(S450).Subsequently, the multilayer perceptron
다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어, 2개의 은닉 레이어, 및 1개의 출력 레이어를 포함할 수 있다.A multi-layer perceptron model may include one input layer, two hidden layers, and one output layer.
입력 레이어는 일사량 데이터를 나타내는 노드 및 직류 발전량 데이터를 나타내는 노드로 구성되고, 2개의 은닉 레이어 중 하나는 4개의 노드로, 2개의 은닉 레이어 중 다른 하나는 2개의 노드로 구성되고, 출력 레이어는 교류 발전량 데이터를 나타내는 노드로 구성될 수 있다.The input layer consists of nodes representing insolation data and nodes representing direct current generation data, one of the two hidden layers is composed of 4 nodes, the other of the two hidden layers is composed of 2 nodes, and the output layer is AC It may be composed of nodes representing power generation data.
이어서, 태양광 발전량 예측부(170)는 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여 태양광 발전량을 예측한다(S470).Next, the solar power
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터의 효율 감소를 확인하기 위한 선형 회귀 진행 결과를 나타낸 테이블이다.5 is a table showing linear regression progress results for checking efficiency reduction of an inverter according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터(23)의 효율이 실제로 감소하는지 여부를 선형 회귀 계수(Coef)의 변화를 통해 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , whether or not the efficiency of the
선형 회귀 계수(Coef)는 연도별 직류 발전량 데이터 및 교류 발전량 데이터에 선형 회귀 분석을 진행하여 구한 계수를 의미하며, 시간이 흐름에 따라 선형 회귀 계수(Coef)가 감소함에 따라 직류 발전량 대비 교류 발전량의 비율이 감소함을 알 수 있다.The linear regression coefficient (Coef) means a coefficient obtained by performing a linear regression analysis on the DC power generation data and AC power generation data by year. As the linear regression coefficient (Coef) decreases over time, the It can be seen that the ratio decreases.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 예측 시스템의 동작 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the operation result of the solar power prediction system according to an embodiment of the present invention.
도 6의 (a)는 학습 및 검증된 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여, 1년 동안 가동된 인버터의 교류 발전량 데이터를 예측한 결과를 나타낸 것이다.6(a) shows the result of predicting the AC power generation data of an inverter operated for one year using the learned and verified multilayer perceptron model.
도 6의 (b)는 학습 및 검증된 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여, 2년 동안 가동된 인버터의 교류 발전량 데이터를 예측한 결과를 나타낸 것이다.6(b) shows the result of predicting AC power generation data of an inverter operated for 2 years using the learned and verified multilayer perceptron model.
도 6을 참조하면, 예측 데이터(pred)가 실제 데이터(actual)보다 대체로 더 큰 값을 갖지만, 예측 데이터(pred)는 실제 데이터(actual)의 추세를 잘 따라가고 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , it can be seen that the predicted data (pred) generally has a larger value than the actual data (actual), but the predicted data (pred) follows the trend of the actual data (actual) well.
도 5의 선형 회귀 진행 결과보다 도 6의 다층 퍼셉트론 모델 이용 결과가 예측 기간이 더 길며, 직류 발전량 대비 교류 발전량의 감소 비율을 더 정확히 예측할 수 있다.The result of using the multilayer perceptron model in FIG. 6 has a longer prediction period than the linear regression progress result of FIG. 5, and can predict the reduction ratio of AC power generation to DC power generation more accurately.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다.So far, the present invention has been mainly looked at with respect to preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention belongs will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 상기 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the disclosed embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and the inventions claimed by the claims and inventions equivalent to the claimed inventions should be construed as being included in the present invention.
10: 환경 센서
20: 태양광 발전 시스템
100: 태양광 발전량 예측 시스템10: environmental sensor
20: solar power system
100: Solar power generation prediction system
Claims (10)
상기 센싱 데이터 및 상기 태양광 발전량 데이터를 전처리하는 데이터 전처리부;
전처리된 센싱 데이터 및 전처리된 태양광 발전량 데이터에 기반하여 다층 퍼셉트론 모델을 학습하는 다층 퍼셉트론 모델 학습부; 및
상기 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여 태양광 발전량을 예측하는 태양광 발전량 예측부;를 포함하며,
상기 센싱 데이터는 일사량 데이터 및 온도 데이터를 포함하고,
상기 태양광 발전량 데이터는 상기 태양광 발전 시스템에 포함된 인버터의 직류 발전량 데이터 및 교류 발전량 데이터를 포함하며,
상기 데이터 전처리부는
상기 교류 발전량 데이터와의 상관 분석을 통해 상기 센싱 데이터 및 상기 태양광 발전량 데이터로부터 입력 데이터를 추출하는, 태양광 발전량 예측 시스템.a data collection unit that collects sensing data and photovoltaic power generation data from an environment sensor and a photovoltaic power generation system;
a data preprocessing unit preprocessing the sensing data and the photovoltaic power generation data;
a multi-layer perceptron model learning unit that learns a multi-layer perceptron model based on the pre-processed sensing data and the pre-processed solar power generation data; and
A solar power generation estimation unit for predicting solar power generation using the multi-layer perceptron model;
The sensing data includes insolation data and temperature data,
The photovoltaic power generation data includes DC power generation data and AC power generation data of an inverter included in the photovoltaic power generation system,
The data pre-processing unit
A solar power prediction system for extracting input data from the sensing data and the photovoltaic power generation data through correlation analysis with the AC power generation data.
상기 데이터 전처리부는
상기 일사량 데이터 및 상기 직류 발전량 데이터를 입력 데이터로 추출하는, 태양광 발전량 예측 시스템.The method of claim 1,
The data pre-processing unit
A solar power generation prediction system for extracting the insolation data and the DC power generation data as input data.
상기 다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어, 2개의 은닉 레이어, 및 1개의 출력 레이어를 포함하고,
상기 입력 레이어는 상기 일사량 데이터를 나타내는 노드 및 상기 직류 발전량 데이터를 나타내는 노드를 포함하고,
상기 출력 레이어는 상기 교류 발전량 데이터를 나타내는 노드를 포함하는, 태양광 발전량 예측 시스템.The method of claim 4,
The multilayer perceptron model includes one input layer, two hidden layers, and one output layer,
The input layer includes a node representing the solar radiation data and a node representing the DC power generation data,
The output layer includes a node representing the AC power generation data.
상기 다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어, 2개의 은닉 레이어, 및 1개의 출력 레이어를 포함하고,
상기 입력 레이어는 상기 일사량 데이터를 나타내는 노드 및 상기 직류 발전량 데이터를 나타내는 노드로 구성되고,
상기 2개의 은닉 레이어 중 하나는 4개의 노드로, 상기 2개의 은닉 레이어 중 다른 하나는 2개의 노드로 구성되고,
상기 출력 레이어는 상기 교류 발전량 데이터를 나타내는 노드로 구성되는, 태양광 발전량 예측 시스템.The method of claim 4,
The multilayer perceptron model includes one input layer, two hidden layers, and one output layer,
The input layer is composed of a node representing the solar radiation data and a node representing the DC power generation data,
One of the two hidden layers is composed of 4 nodes, and the other of the two hidden layers is composed of 2 nodes,
The output layer is composed of nodes representing the AC power generation data.
상기 다층 퍼셉트론 모델은 1개의 입력 레이어, 2개의 은닉 레이어, 및 1개의 출력 레이어를 포함하고,
상기 입력 레이어는 2개의 노드로, 상기 2개의 은닉 레이어 중 하나는 4개의 노드로, 상기 2개의 은닉 레이어 중 다른 하나는 2개의 노드로, 상기 출력 레이어는 1개의 노드로 구성되는, 태양광 발전량 예측 시스템.The method of claim 1,
The multilayer perceptron model includes one input layer, two hidden layers, and one output layer,
The input layer consists of two nodes, one of the two hidden layers consists of four nodes, the other of the two hidden layers consists of two nodes, and the output layer consists of one node. prediction system.
상기 다층 퍼셉트론 모델 학습부는
상기 데이터 전처리부로부터 전처리된 데이터 중에서, 소정 양의 데이터를 학습하고, 상기 학습된 데이터를 제외한 나머지 데이터로 다층 퍼셉트론 모델을 검증하는, 태양광 발전량 예측 시스템.The method of claim 1,
The multi-layer perceptron model learning unit
Among the data preprocessed by the data preprocessor, a predetermined amount of data is learned, and the multilayer perceptron model is verified with the remaining data except for the learned data.
상기 태양광 발전량 예측부는 상기 다층 퍼셉트론 모델에 상기 환경 센서로부터의 새로운 일사량 데이터 및 인버터로부터의 새로운 직류 발전량 데이터를 입력하여 얻은 결과에 기초하여 새로운 교류 발전량 데이터를 예측하는, 태양광 발전량 예측 시스템.The method of claim 1,
The solar power generation prediction unit predicts new AC power generation data based on a result obtained by inputting new solar radiation data from the environmental sensor and new DC power generation data from the inverter into the multilayer perceptron model. Solar power generation prediction system.
데이터 전처리부에 의해, 상기 센싱 데이터 및 상기 태양광 발전량 데이터를 전처리하는 단계;
다층 퍼셉트론 모델 학습부에 의해, 전처리된 센싱 데이터 및 전처리된 태양광 발전량 데이터에 기반하여 다층 퍼셉트론 모델을 학습하는 단계; 및
태양광 발전량 예측부에 의해, 상기 다층 퍼셉트론 모델을 이용하여 태양광 발전량을 예측하는 단계;를 포함하며,
상기 센싱 데이터는 일사량 데이터 및 온도 데이터를 포함하고,
상기 태양광 발전량 데이터는 상기 태양광 발전 시스템에 포함된 인버터의 직류 발전량 데이터 및 교류 발전량 데이터를 포함하며,
상기 데이터를 전처리하는 단계는,
상기 교류 발전량 데이터와의 상관 분석을 통해 상기 센싱 데이터 및 상기 태양광 발전량 데이터로부터 입력 데이터를 추출하는, 태양광 발전량 예측 방법.Collecting sensing data and photovoltaic power generation data from an environment sensor and a photovoltaic power generation system by a data collection unit;
pre-processing the sensing data and the photovoltaic generation amount data by a data pre-processing unit;
learning a multi-layer perceptron model based on the pre-processed sensing data and the pre-processed solar power generation data by a multi-layer perceptron model learning unit; and
Predicting the amount of solar power generation using the multi-layer perceptron model by a solar power generation predictor; including,
The sensing data includes insolation data and temperature data,
The photovoltaic power generation data includes DC power generation data and AC power generation data of an inverter included in the photovoltaic power generation system,
The step of preprocessing the data is,
A method for predicting solar power generation, wherein input data is extracted from the sensing data and the photovoltaic power generation data through correlation analysis with the AC power generation data.
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