KR20200017604A - Energy performance prediction method and energy operation management system by using optimized physical learning model and machine learning methods - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 물리 학습모델과 기계학습을 이용하여 에너지 성능을 예측하는 방법과 이를 이용하여 에너지 운영관리를 수행하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 운영대상물의 전체에너지시스템을 모방한 물리모델에 대해 최적 물리 학습모델을 구성하고 기계학습을 통해 에너지 성능 예측과 운영관리를 수행하는 에너지 성능 예측 방법과 이를 포함하는 에너지 운영관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting energy performance using physics learning models and machine learning, and a system for performing energy operation management using the same, and more particularly, to a physical model that mimics an entire energy system of an operating object. The present invention relates to an energy performance prediction method for constructing a physics learning model and performing energy performance prediction and operation management through machine learning, and an energy operation management system including the same.
주택, 빌딩, 아파트 등의 건축대상물의 운영에 있어, 건축대상물의 전체에너지의 흐름을 운영, 관리하는 전체에너지시스템에서의 정확한 에너지소비량의 예측은 에너지시스템의 안정적이고 경제적인 운전뿐만 아니라 국가적 차원에서도 전력 수급 안정과 양질의 전력을 공급하기 위한 필수조건이며, 경쟁적인 전력시장에서 전력요금과 밀접한 관련이 있음에 따라서, 경쟁적인 전력시장 구조하의 시장 참여자에게 있어서 전력등의 에너지소비량의 수요 예측은 매우 중요한 사항이라고 할 수 있다.In the operation of building objects such as houses, buildings and apartments, accurate energy consumption prediction in the entire energy system that operates and manages the total energy flow of the building objects is not only stable and economical operation of the energy system, but also at the national level. As it is a prerequisite for stabilizing power supply and supplying high-quality electricity, and closely related to electricity rates in the competitive electricity market, the demand forecast of energy consumption such as electricity is very demanded for the market participants under the competitive electricity market structure. It is important.
이에, 한국등록특허공보 제10-1779797호(빅 데이터를 이용한 자기학습형 HAVC에너지 관리 시스템 및 그 구동 방법, 2017.09.13.)에서는 제어 대상 공간에 대해 에너지 소비 요인에 따른 오브젝트 상태를 정의하는 빅데이터를 구축하고, 이로부터 최적의 오브젝트 상태로 자기학습형 HAVC 에너지 관리를 제공함으로써 제어 대상 공간 및 주변 환경의 상태까지 반영하고 타겟 오브젝트 상태(object state)에 성공적으로 도달한 오브젝트 상태(object state) 경로를 저장하고 참조함으로써 최적의 HAVC 에너지 관리의 효율을 증가시키는 빅 데이터를 이용한 자기학습형 HAVC 에너지 관리 시스템 및 그 구동 방법을 공지하고 있다.Accordingly, Korean Patent Publication No. 10-1779797 (Self-learning HAVC energy management system using big data and its driving method, 2017.09.13.) Shows that BIC defines an object state according to energy consumption factors in a space to be controlled. By building data and providing self-learning HAVC energy management from the optimal object state, the object state reflects the state of the controlled space and surrounding environment and successfully reaches the target object state. A self-learning HAVC energy management system using big data and a method of driving the same are known which increase the efficiency of optimal HAVC energy management by storing and referencing a path.
그러나, 상기와 같이 인공지능을 활용하는 에너지 관리시스템은 기계학습의 기본 특성과 각각의 구성요소별로 별도의 학습과정을 수행하여야 함에 따라, 장시간 동안 인공지능의 학습에 소요되는 시간이 소비되고, 실제 운영대상건축물에 적용하는 경우 충분한 데이터를 이용한 학습이 이루어지지 못하게 되면 비정상적인 운전결과를 적용할 수 있다는 문제점이 야기된다.However, the energy management system utilizing artificial intelligence as described above has to perform a separate learning process for each element and the basic characteristics of machine learning, the time required for learning artificial intelligence for a long time, and actually In case of applying to the operation target building, the problem that abnormal driving result can be applied when learning with sufficient data is not achieved.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 실제 시스템에 근접한 상태의 최적화된 예측이 가능하며, 단기간의 입력정보를 이용하여 장기간의 인공지능을 학습할 수 있는 최적 물리 학습모델과 기계학습을 이용한 에너지 성능 예측 방법 및 이를 포함하는 에너지 운영관리 시스템을 제공하고자 한다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to optimize the prediction of the state close to the actual system, using the short-term input information to learn the optimal physics learning model and machine learning that can learn long-term artificial intelligence An energy performance prediction method and an energy operation management system including the same are provided.
상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 최적 물리 학습모델과 기계학습을 이용한 에너지 성능 예측 방법은, 운전대상물의 전체에너지시스템의 과거운영데이터를 수집하는 과거데이터수집단계(S100), 최적화 기법을 이용하여 상기 전체에너지시스템에 따른 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성된 전체시스템물리모델을 학습하는 물리모델학습단계(S200), 학습을 완료한 상기 전체시스템물리모델을 이용하여, 장기간의 학습용 데이터를 생성하는 학습용데이터생성단계(S300) 및 상기 장기간의 학습용 데이터를 이용하여 하여 인공지능을 기반으로 구축된 기계학습모델을 학습하는 기계학습단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the energy performance prediction method using the optimal physics learning model and machine learning of the present invention, the past data collection step (S100) of collecting the past operating data of the entire energy system of the operation object, optimization techniques Physical model learning step (S200) of learning the entire system physical model consisting of input information, output information and parameters according to the total energy system, using the complete system physical model completed learning, the long-term learning data Characterized in that it comprises a learning data generation step (S300) to generate and learning the machine learning model built on the basis of artificial intelligence using the long-term learning data (S400).
이때, 상기 전체시스템물리모델은 상기 전체에너지시스템에서의 각각의 구성요소모델을 물리적인 수식으로 연결하여 통합하는 전체레벨에서의 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성되는 것을 특징으로 한다.In this case, the overall system physical model is characterized by consisting of input information, output information and parameters at the overall level to integrate each component model in the total energy system by integrating physical equations.
또한, 상기 최적화 기법은 일정기간의 과거입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템에서의 측정된 출력정보()와 상기 전체시스템물리모델에서 계산된 출력정보()의 차이의 전체합이 최소가 되는 파라메터를 탐색하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optimization technique measures the output information measured in the total energy system according to the past input information of a certain period ( ) And output information calculated from the overall system physical model ( It is characterized by searching for a parameter in which the total sum of the differences is minimized.
또한, 상기 최적화 기법은 시계열로 입력받은 과거의 표준기상정보를 상기 과거입력정보로 하며, 상기 과거입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템에서 측정된 에너지소비량() 및 상기 전체시스템물리모델에서 계산된 에너지소비량()을 각각의 상기 출력정보(, )로 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optimization technique uses the past standard weather information received in time series as the past input information, and the energy consumption measured in the total energy system according to the past input information ( ) And energy consumption calculated from the overall system physical model ( ) The respective output information ( , It is characterized by that).
이때, 상기 출력정보는 에너지소비량, 실내온도, 실내오염도, 열저장조 온도 및 전력저장장치의 충전상태 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.In this case, the output information may include at least one of energy consumption, room temperature, indoor pollution degree, heat storage temperature, and the state of charge of the power storage device.
또한, 상기 장기간의 학습용 데이터는 학습을 완료한 상기 전체시스템물리모델과 장기간의 표준기상정보 및 장기간의 입력정보를 이용하여 장기간의 출력정보를 산출하여 생성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the long-term learning data is generated by calculating the long-term output information using the complete system physical model, the long-term standard weather information, and the long-term input information.
더하여, 상기 에너지 성능 예측 방법은 학습된 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간에 해당되는 기상정보와 입력정보에 따른 출력정보를 산출하는 성능예측단계(S500)를 더 포함할 수 있다.In addition, the energy performance prediction method may further include a performance prediction step (S500) of calculating output information based on weather information and input information corresponding to a period to be predicted using the learned machine learning model.
또한, 상기 에너지 성능 예측 방법은 학습된 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간에 해당되는 기상정보와 입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템을 운영하기 위한 제어변수를 도출하는 최적제어변수도출단계(S600)를 더 포함할 수 있다.In addition, the energy performance prediction method is the optimal control variable derivation step of deriving a control variable for operating the entire energy system according to the weather information and input information corresponding to the period to be predicted using the learned machine learning model ( S600) may be further included.
아울러, 상술한 방법에 따른 전체시스템모델의 성능 예측방법을 이용하여 구축된, 운영대상물의 전체에너지시스템을 관리하는 로컬운영서버 및 상기 로컬운영서버와 유무선통신을 수행하는 원격기계학습서버를 포함하는 최적 물리학습모델과 기계학습을 이용한 에너지운영관리 시스템에 있어서, 상기 로컬운영서버 및 원격기계학습서버는 상기 전체에너지시스템을 모방하여 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성되는 수식적 물리모델로 구축된 전체시스템물리모델 및 상기 전체에너지시스템을 모방하여 인공지능을 기반으로 구축된 기계학습모델을 포함하되, 상기 로컬운영서버는 상기 전체에너지시스템으로부터 과거운영데이터 및 과거 기상정보를 입력받아 저장하는 실측데이터저장모듈 및 최적화 기법을 통하여 학습된 상기 전체시스템물리모델에서의 최적화된 파라메터를 탐색 및 저장하는 물리모델학습모듈을 더 포함하고, 상기 원격기계학습서버는 상기 로컬운영서버로부터 상기 최적화된 파라메터를 수신받아 상기 기계학습모듈을 학습하기 위한 장기간의 학습용 데이터를 생산 및 저장하는 학습용데이터생성모듈 및 상기 장기간의 학습용 데이터를 이용하여 학습된 상기 기계학습모델에서의 파라메터를 탐색 및 저장하는 기계모델학습모듈을 더 포함하여, 상기 로컬운영서버는 상기 원격기계학습서버로부터 상기 장기간 학습된 파라메터를 수신받아 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간의 입력정보에 따른 출력정보를 산출하는 성능예측모듈을 더 포함할 수 있다.In addition, a local operating server that manages the entire energy system of the operating object, which is built using the method of predicting performance of the entire system model according to the above method, and a remote machine learning server performing wired and wireless communication with the local operating server. In the energy operation management system using the optimal physics learning model and machine learning, the local operation server and the remote machine learning server are constructed as a formal physics model composed of input information, output information and parameters by mimicking the entire energy system. It includes a system learning model constructed based on artificial intelligence by imitating the entire system physical model and the total energy system, the local operation server is the actual data to receive and store past operating data and past weather information from the total energy system The entire system learned through storage modules and optimization techniques And a physical model learning module for searching for and storing optimized parameters in the model, wherein the remote machine learning server receives the optimized parameters from the local operation server for long term learning data for learning the machine learning module. And a machine model learning module for searching for and storing parameters in the machine learning model trained using the learning data generation module for producing and storing the learning data and the long term learning data. The apparatus may further include a performance prediction module that receives the long-term learned parameter from a server and calculates output information according to input information of a period to be predicted using the machine learning model.
또한, 상기 원격기계학습서버는 예측하고자하는 기간의 입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템을 제어하기 위한 최적제어변수를 탐색 및 저장하는 학습제어모듈을 더 포함할 수 있다.The remote machine learning server may further include a learning control module for searching for and storing an optimal control variable for controlling the entire energy system according to input information of a period to be predicted.
이때, 상기 로컬운영서버는 상기 원격기계학습서버로부터 수신받은 상기 최적제어변수를 상기 전체에너지시스템의 로컬제어장치에 전달하여 상기 전체에너지시스템 각각의 구성장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.At this time, the local operation server is characterized in that for controlling the components of each of the total energy system by transmitting the optimum control variable received from the remote machine learning server to the local control device of the total energy system.
상기한 구성에 따른 본 발명은, 전체에너지시스템을 모방한 물리모델을 구축하여 전체에너지시스템에서의 측정값과 물리모델에서의 계산값을 이용한 최적화기법을 활용함으로써, 실제 시스템에 근접한 상태의 최적화된 예측이 가능하다는 장점이 있다.The present invention according to the above configuration, by building a physical model that mimics the entire energy system by utilizing the optimization technique using the measured value in the total energy system and the calculated value in the physical model, the optimized state of the state close to the actual system It has the advantage of being predictable.
또한, 단기간의 입력정보를 이용하여 전체시스템물리모델을 학습시키고, 학습을 완료한 전체시스템물리모델을 이용하여 인공지능을 학습하기 위한 장기간의 학습용 데이터를 생산 가능하며, 기존 인공지능 학습에서 요구되는 실제 장기간의 시간이 소요되지 않고 계산에 의하여 장기간의 학습용 데이터를 생산함으로써, 전체에너지시스템의 성능 예측 및 제어를 위한 인공지능을 학습하기 위한 기간을 현저하게 줄일 수 있다는 장점이 있다.In addition, it is possible to train the entire system physics model using short-term input information, and to produce long-term learning data for learning artificial intelligence using the completed system physics model. By producing long-term learning data by calculation without actually taking a long time, there is an advantage that the time for learning artificial intelligence for performance prediction and control of the entire energy system can be significantly reduced.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 성능 예측방법을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 물리모델학습단계를 도시한 순서도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전체시스템물리모델을 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기계학습단계를 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지운영관리시스템을 도시한 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전체시스템물리모델의 구성도.
도 7은 본 발명의 에너지운영관리시스템의 전체시스템물리모델의 다양한 실시예를 설명하기 위한 예시도.1 is a flowchart illustrating a performance prediction method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a physical model learning step according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary view for explaining the overall system physical model according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary view for explaining the machine learning step according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a block diagram showing an energy operation management system according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of an overall system physical model according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is an exemplary view for explaining various embodiments of the overall system physical model of the energy operation management system of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in the middle. Should be.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.The accompanying drawings are only examples as illustrated in order to describe the technical idea of the present invention in more detail, and thus the technical idea of the present invention is not limited to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지운영관리시스템(1000)을 도시한 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전체시스템물리모델을 도시한 구성도로서, 도 5 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 에너지운영관리시스템(1000)은 운영대상물의 전체에너지시스템(100)을 관리하는 로컬운영서버(200)와 상기 로컬운영서버(200)와 유무선통신을 수행하는 원격기계학습서버(300)를 포함하여 구성될 수 있다.5 is a block diagram showing an energy operation management system 1000 according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a block diagram showing an overall system physical model according to an embodiment of the present invention, Figures 5 to Referring to Figure 6, the energy operation management system 1000 of the present invention is a remote operation to perform wired and wireless communication with the local operation server 200 and the local operation server 200 to manage the
상기 전체에너지시스템(100)은 운영대상건축물에 구비되는 복수의 부하장치, 에너지 저장장치, 에너지 생산장치 및 에너지 소비장치를 포함하는 통합적인 에너지의 입출력을 제어, 관측 및 관리하기 위한 구성으로, 각각의 기기들을 제어하는 로컬제어장치(110)와 상기 운영대상건축물의 특정구역에 설치되는 복수의 센서네트워크(120)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 운영대상건축물은 주택, 빌딩, 아파트, 공장 등과 같은 복합적인 공간을 갖는 건축물 또는 상술한 건축물들이 이루는 특정 집합 또는 지역으로 이루어 질 수 있으며, 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 또한, 상기 전체에너지시스템(100)은 상기 로컬운영서버(200)와 유무선통신을 통하여 통신을 수행하도록 연결될 수 있으며, 상기 로컬운영서버(200)는 운영대상물의 내부에 구비되거나, 대상이 되는 전체에너지시스템(100)의 관리를 위한 특정장소에 구비될 수 있다.The
아울러, 상기 전체에너지시스템(100)의 로컬제어장치(110)는 상기 운영대상물의 열 생산조절장치(111), 전력저장 조절장치(112) 및 환경 조절장치(113)와 연결되어, 상기 로컬운영서버(200)로부터 제어변수를 입력받아 상기 열 생산조절장치(111), 전력저장 조절장치(112) 및 환경 조절장치(113)를 제어할 수 있다. 이때, 상기 열 생산 조절장치(111)는 태양열 집열기, 보일러 등과 같은 열에너지를 생산하기 위한 열생산 장치와 생산된 열을 저장하기 위한 열저장 장치를 제어하기 위한 구성이며, 상기 전력저장 조절장치(112)는 태양광 패널, 발전기 등과 같이 전기에너지를 생산하는 전력생산장치와 생산된 전력을 저장하는 전력저장장치를 제어하기 위한 구성이고, 상기 환경 조절장치는 운영대상건축물의 조명시스템, 냉낭방시스템 및 환기시스템 등과 같이 운영대상건축물의 온도, 습도, 환기량, 공기오염도 등의 환경을 제어하기 위한 각종의 환경장치들을 제어하기 위한 구성으로써, 상기 로컬제어장치(110)는 상기 로컬운영서버(200)로부터 각각의 장치들을 제어하기 위한 제어변수를 입력받아 상기 운영대상건축물을 운영, 관리하는 역할을 수행한다. 또한 상기 센서네트워크(120)는 상기 운영대상물의 특정구역에 측정하고자 하는 대상의 목적에 따라 복수로 구성될 수 있으며, 구비된 특정구역의 온도, 습도, 환기량, 실내공기오염도 측정센서 또는 각각의 로컬제어장치(110) 및 상기 운영대상건축물의 전력소비량 또는 각각의 장치들의 전력소비량을 측정하는 배전기에 구비되어, 측정값들을 상기 로컬제어장치(110) 또는 로컬운영서버(200)에 전달하는 기능을 수행한다.In addition, the
또한, 상기 로컬운영서버(200) 및 원격기계학습서버(300)는 상기 전체에너지시스템(100)을 모방하여 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성되는 수식적 물리모델로 구축된 전체시스템물리모델(210, 310) 및 상기 전체에너지시스템을 모방하여 인공지능을 기반으로 구축된 기계학습모델(220, 320)을 각각 포함할 수 있으며, 이때 상기 로컬운영서버(200) 및 원격기계학습서버(300)는 상기 전체시스템물리모델(210, 310) 및 기계학습모델(220, 320)을 학습하기 위한 물리모델학습모듈(240, 340) 및 기계학습모델학습모듈(250, 350)을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the local operating server 200 and the remote machine learning server 300 mimics the
이때 본 발명의 에너지운영관리시스템(1000)은 상기 로컬운영서버(200)는 상기 전체에너지시스템의 특정구역에 설치되는 각종 센서들을 포함하는 센서네트워크(120) 또는 로컬제어장치(110)으로부터 과거운영데이터 및 과거 기상정보를 입력받아 저장하는 실측데이터저장모듈(230)을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 로컬운영서버(200)의 물리모델학습모듈(210)은 최적화 기법을 통하여 상기 전체시스템물리모델(210)에서의 최적화된 파라메터를 탐색하고 탐색된 상기 최적화된 파라메터를 저장할 수 있다. 더하여 상기 원격기계학습서버(300)는 상기 로컬운영서버(200)로부터 상기 최적화된 파라메터를 수신받아 상기 기계학습모듈(320)을 학습하기 위한 장기간의 학습용 데이터를 생산 및 저장하는 학습용데이터생성모듈(360)을 더 포함하고, 상기 원격기계학습서버(300)의 기계학습모델학습모듈(350)은 상기 장기간의 학습용 데이터를 이용하여 상기 기계학습모델에서의 최적화된 파라메터를 탐색 및 저장하여, 상기 로컬운영서버(200)는 상기 원격기계학습서버(300)로부터 상기 장기간 생성데이터를 이용하여 학습된 파라메터를 수신받아 상기 전체에너지시스템(100)을 운영, 제어 및 관리 하는 것이 바람직하며, 이때 저장되는 데이터들은 소정의 시간간격으로 각각의 특성값을 갖는 시계열데이터로 저장되어 데이터베이스화 될 수 있다.At this time, the energy operation management system 1000 of the present invention, the local operation server 200 is a past operation from the
상술한 구성에 따른 본 발명의 에너지운영관리 시스템(1000)은 운영대상물에 구비되어 상기 운영대상물의 전체에너지시스템(100)을 관리하기 위한 상기 로컬운영서버(200)와 상기 원격기계학습서버(300)가 유무선통신을 수행하여, 상기 전체시스템물리모델의 단기간의 입력정보에 따른 학습 및 최적화는 상기 로컬운영서버(200)에서 수행하며, 장기간의 학습 및 최적제어변수를 도출하여 상기 로컬제어장치(110)를 최적제어하기위한 학습제어는 상기 운영대상물의 내부 또는 외부에 구비되는 원격기계학습서버(300)에서 수행함으로써, 상기 로컬운영서버(200)의 성능 및 부하를 감소시킬 수 있으며, 상대적으로 고성능의 구성을 갖는 상기 원격기계학습서버(300)에서 상기 기계학습모델(320)의 대용량의 데이터의 생산 및 장기간의 학습을 수행함으로써, 더욱 효율적이고 기존의 기계학습모델을 학습시키기 위해 장기간의 측정데이터를 수집하지 않아도 되는 장점이 있다.Energy operation management system 1000 of the present invention according to the above-described configuration is provided in the operating object, the local operating server 200 and the remote machine learning server 300 for managing the
또한 상기 로컬운영서버(200)는 학습된 기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간에 해당되는 입력정보에 따른 출력정보를 산출하는 성능예측모듈(270)을 더 포함하여, 상기 원격기계학습서버(300)로부터 수신받은 장기간의 학습을 수행한 파라메터를 이용하여 학습된 기계학습모델(220)을 통하여 상기 출력정보를 산출하여 상기 전체에너지시스템의 성능을 예측할 수 있다.The local operation server 200 further includes a
아울러, 상기 원격기계학습서버는, 예측하고자하는 기간의 입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템(100)을 제어하기 위한 최적제어변수를 탐색 및 저장하는 학습제어모듈(380)을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 최적제어변수는 시스템의 각 조절장치의 설정값에 대한 변수값으로 정의되며, 실내설정온도, 냉온수조설정온도, 전력저장장치의 설정값, 실내환경조절장치의 설정값 등을 포함하며, 상기 최적제어변수는 시간에 따라 각기의 설정값에 대한 최적값의 조합을 의미한다. 즉, 실내설정온도는 시간에 따라 최적설정온도값에 따라 동적으로 변동하게 되며, 이러한 최적의 변동을 통하여 목적함수가 최소화가 되는 최적의 상태로 상기 전체에너지시스템을 운영할 수 있다. 또한 상기 학습제어모듈(380)은 상기 기계학습모델(320)을 이용하여 기계학습을 통해 최적의 제어변수를 탐색하도록 학습하게 됨에 따라, 상기 원격기계학습서버(300)에서 수행되는 것이 바람직하며, 이때 상기 로컬운영서버(200)는 상기 원격기계학습서버(300)로부터 수신받은 상기 최적제어변수를 상기 전체에너지시스템(100)의 로컬제어장치(110)에 전달하여 상기 전체에너지시스템 각각의 구성장치를 제어할 수 있다.In addition, the remote machine learning server may further include a
상기 전체시스템물리모델(210)은 상기 운영대상건축물의 전체에너지시스템을 모방하여 구축한 것으로, 입력정보(X), 출력정보(Y) 및 파라메터(p*)로 구성되는 수학적인 모델식으로 이루어지며, 부하사용자 스케줄 모델(211), 에너지 부하 모델(212), 에너지저장장치 모델(213), 에너지교환장치 모델(214), 에너지생산장치 모델(215), 에너지조절장치 모델(216)을 포함하는 상기 전체에너지시스템(100)에서의 각각의 구성요소모델을 통합하는 전체레벨에서의 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성되는 통합적인 모델로 수립되는 것이 바람직하고, 이때, 각각의 상기 모델들의 입력과 출력을 수학적으로 연결하여 에너지의 흐름이 에너지의 생산으로부터 부하까지 통합적으로 연결되어 각 모델의 상태값이 계산될 수 있도록 수립되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 전체시스템물리모델(210)은 각 구성요소에 대한 물리모델로 이루어지며 각각의 물리모델은 상호 입력변수와 출력변수간의 수식적인 연결로 이루어진다. 이때 각각의 구성요소는 입력, 파라메터, 출력변수로 구성되며 상기 물리모델을 이루는 수식은 질량보존의 법칙과 에너지보존의 법칙에 따른 물리적인 보존법칙을 수식적으로 적용한 수식모델이며, 일부 1차 미분방정식의 형태로 표현되는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 구성요소에 대한 물리모델에서의 파라메터는 그 값이 정해지지 않은 미지의 상태이며, 각 구성요소모델의 입력변수와 출력변수에 대한 측정값과 계산값의 차이가 최소화되도록 파라메터를 탐색하여 학습되며, 바람직하게는 상기 전체시스템모델을 구성한 후에 상기 전체시스템모델의 입력변수와 출력변수에 대한 측정값과 계산값의 차이가 최소화되도록 전체시스템모델의 모든 파라메터를 동시에 탐색하도록 함으로써, 각 구성요소 사이의 입력변수 및 출력변수에 대한 측정값은 필요하지 않는 장점이 있다.The overall system
상기 기계학습모델(220)은 훈련데이터를 통해 학습되는 속성을 기반으로 예측을 수행하는 인공지능을 기반으로 수립된 학습모델로서, 다양한 인공지능 학습기법을 이용하여 수립가능하며, 바람직하게는 시계열로 저장된 입력정보(X)의 데이터베이스를 기반으로 상기 입력정보(X)의 시변적 특징을 갖는 데이터를 처리 가능한 순환 인공 신경망(RNN) 모델로 수립될 수 있다.The
즉, 상기한 에너지운영관리시스템(1000)에서의 상기 전체시스템물리모델(210,310))는 도 7에서 도시된 바와 같이, 다양한 방식으로 활용될 수 있으며, 바람직하게는 도 7의 (a)는 상기 전체에너지시스템(100)에서 측정된 단기간의 실제데이터를 이용하여 상기 전체시스템물리모델(210)을 학습시키고, 학습된 상기 전체시스템물리모델(210)을 이용하여 생성한 장기간의 학습용데이터를 이용하여 상기 기계학습모듈(220)을 학습시킨 후, 학습된 상기 기계학습모듈(220)의 최적화된 성능을 예측하여, 운영대상물의 전체에너지시스템(100)의 운영을 최적화 할 수 있으며, 도 7에 (b)에 도시된 바와같이, 실제데이터를 이용하여 학습된 상기 전체시스템물리모델(210)을 상기 전체에너지시스템(100)의 로컬제어장치(110)를 제어하기 위한 최적제어변수를 도출하는 학습제어를 기계학습시켜 상기 운영대상물의 전체에너지시스템(100)을 제어할 수 있고, 더하여 도 7의 (c)에 도시된 바와같이, 실제데이터를 이용하여 학습된 상기 전체시스템물리모델(210)의 최적화를 통하여 학습된 데이터를 이용하여 상기 로컬제어장치(110)를 제어하기 위한 최적제어변수를 도출하는 학습제어를 수행할 수 있다.That is, the overall system
상기한 구성에 따른 본 발명의 에너지운영관리 시스템은 상기 운전대상물의 전체에너지시스템(100)을 물리적으로 모델링한 전체시스템물리모델(210)을 이용하여, 상기 전체에너지시스템의 단기간의 과거기상정보와 데이터베이스화된 과거데이터를 입력정보(X) 및 출력정보(Y)로 하는 최적화기법을 통하여 학습되어, 상기 운영대상물에 근접한 예측이 가능하며, 장기간의 입력정보(X)를 입력받은 상기 최적화된 상기 전체시스템모델(210)에서 계산된 출력정보(Y) 및 파라메터를 이용하여 상기 기계학습모델(220)을 학습시키기 위한 장기간의 학습용 데이터를 생성함으로써, 인공지능학습을 위한 시간을 현저하게 감축할 수 있는 장점이 있다. 이때, 상기 최적화기법 및 본 발명의 성능 예측방법에 관하여는 하기에서 도면을 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.The energy operation management system of the present invention according to the above configuration, using the overall system
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 성능 예측방법을 도시한 순서도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 최적 물리 학습모델과 기계학습을 이용한 에너지 성능 예측 방법은 과거데이터수집단계(S100), 물리모델학습단계(S200), 학습용데이터생성단계(S300), 기계학습단계(S400), 성능예측단계(S500) 및 최적제어변수 도출단계(S600)을 포함하여 수행되며, 이때, 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열의 상세로 그 순서가 제한되는 것은 아니며, 후술되는 다양한 실시예들로 구현되고 실시될 수 있다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a performance prediction method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an energy performance prediction method using an optimal physics learning model and machine learning according to the present invention may include a historical data collection step (S100). , Physical model learning step (S200), learning data generation step (S300), machine learning step (S400), performance prediction step (S500) and the optimal control variable derivation step (S600) is performed, as shown in the figure The order of the detailed configuration and arrangement of the components is not limited, but may be implemented and implemented in various embodiments described below.
본 발명의 일방면으로, 상기 에너지 성능 예측방법은 운전대상물의 전체에너지시스템의 과거운영데이터를 수집하는 과거데이터수집단계(S100)와 최적화기법을 이용하여 상기 전체에너지시스템에 따른 입력정보(X), 출력정보(Y) 및 파라메터로 구성된 전체시스템물리모델을 학습하는 물리모델학습단계(S200)와 학습을 완료한 상기 전체시스템물리모델을 이용하여, 장기간의 학습용 데이터를 생성하는 학습용데이터생성단계(S300) 및 상기 장기간의 학습용 데이터를 이용하여 하여 인공지능을 기반으로 구축된 기계학습모델을 학습하는 기계학습단계(S400)순으로 이루어 질 수 있으며, 이때, 상기 과거데이터수집단계(S100)는 상기 운영대상물의 전체에너지시스템(100)에서의 일정시간대의 과거 기상정보와 에너지소비량을 상기 로컬운영서버(200)의 실측데이터 저장모듈(230)에 저장하여, 시계열적으로 데이터베이스화 하는 단계로써, 상기 센서네트워크(120) 또는 로컬제어장치(110)으로부터 측정된 측정값들을 포함하여 저장할 수 있으며, 저장되는 측정값들은 시계열적으로 데이터베이스화됨으로써, 상기 전체시스템물리모델(210)에 이용될 수 있다.In one aspect of the present invention, the energy performance prediction method includes input information (X) according to the entire energy system by using a past data collection step (S100) and an optimization technique of collecting past operation data of the entire energy system of the operation target. Learning data generation step of generating a long-term learning data using the physical model learning step (S200) for learning the entire system physical model consisting of the output information (Y) and parameters, and the complete system physical model completed learning ( S300) and a machine learning step (S400) for learning a machine learning model built on the basis of artificial intelligence using the long-term learning data, wherein the past data collection step (S100) is performed. Actual weather data and energy consumption of a certain period of time in the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 물리모델학습단계를 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 최적화 기법을 설명하기 위한 예시도로서, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 물리모델학습단계(S200)는 최적화 기법을 이용하여 상기 전체시스템모델(210)을 학습하기 위한 단계로서, 더욱 자세하게는 상기 전체에너지시스템에 따른 입력정보(X), 출력정보(Y) 및 파라메터(p)로 구성되는 수학적 물리모델을 수립하는 전체시스템모델 구축단계(S210), 최적화 기법에 따른 전체시스템모델의 파라메터를 산출하는 단계(S220), 산출된 파라메터를 상기 전체시스템모델 저장모듈(260)에 저장하여 데이터베이스화 하는 저장단계(S230)을 포함하여 이루어지며, 이때 상기 전체시스템모델(210)은 상기 실측데이터 저장모듈(250)에 저장된 과거데이터와 상기 기상정보를 수신 받아 최적화 기법을 수행하며, 이때 상기 산출단계(S220) 및 저장단계(S230)은 시계열적으로 데이터베이스화된 입력정보 및 출력정보를 입력 및 출력하여 이에 따른 파라메터를 산출하고 산출된 데이터를 저장한다. 즉, 시계열적으로 입력된 단위시간(t)에 따라 입력받은 데이터의 총 시간(n)동안의 학습을 수행하고, 입력받은 데이터의 총 시간에 따른 출력정보가 최적화되는 파라메터를 탐색하고 결정할 수 있다.(S240~S250)2 is a flowchart illustrating a physical model learning step according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an exemplary view for explaining an optimization technique according to an embodiment of the present invention, with reference to Figures 2 to 3 , The physical model learning step (S200) is a step for learning the
이때, 상기 최적화기법은 단기간의 과거입력정보(X)에 따른 상기 전체에너지시스템에서의 측정된 단기간의 출력정보()와 상기 전체시스템모델에서 계산된 단기간의 출력정보()의 차이의 전체합이 최소가 되는 파라메터를 탐색하는 것을 특징으로 하며, 더욱 자세하게는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전체시스템모델(210)에 상기 전체에너지시스템(100)의 과거데이터에 따른 입력정보(X)를 입력하여 계산된 출력정보()와 상기 전체시스템모델(210)에 입력된 입력정보와 동일한 과거의 입력정보(X)에 따른 상기 전체에너지시스템(100)의 출력정보()가 하기의 제1목적함수(J)를 만족하는 파라메터를 탐색하여 상기 전체시스템모델(210)을 학습시키는 것을 특징으로 한다.At this time, the optimization method is a short-term output information measured in the total energy system according to the short-term past input information (X) ( ) And short-term output information calculated from the whole system model ( It is characterized in that the search for a parameter that the total sum of the difference is the minimum, and more specifically, as shown in Figure 3 (b), the
제1목적함수 : First objective function:
여기에서, : 단기간의 출력정보()의 기간을 의미하며, 상기 전체에너지시스템(100) 또는 로컬제어장치(110)으로부터 측정된 단기간의 출력정보()와 단기간의 기상정보 및 입력정보를 이용하여 전체시스템물리모델의 파라메터에 대한 최적의 값을 결정하는 과정을 상기 전체시스템물리모델의 학습과정이라고 하며, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 물리모델 시스템은 상기 전체에너지시스템을 구성하는 복수의 구성요소들 각각에 대해서 학습을 수행함에 따라, 종래의 물리모델 시스템의 주요 학습용 데이터()는 각각의 구성요소가 구비된 내부온도(Tz), 목표로하는 내부온도(Tst) 및 각각의 구성요소별 에너지소모량등 구성요소가 증가함에 따라 학습되어야 하는 데이터가 증가함에 따라, 그 학습 효율이 저하되며, 학습을 위해 측정되어야 하는 데이터 또한 증가하여, 학습에 장기간의 시간이 소요된다는 단점이 있다. 그러나 상술한 바와 같이 본 발명은 각각의 구성요소들을 통합하는 전체레벨에서의 물리모델을 구축함으로써, 학습용 데이터를 현저하게 감소시킴으로써, 각각의 구성요소들의 학습을 위한 각각의 구성요소들의 입출입 데이터를 필요로 하기 않기 때문에 상기 전체에너지시스템의 전체레벨에서의 입력 및 출력 데이터만으로 학습이 수행하능하며, 이에 따라 학습에 필요한 시간을 현저하게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.From here, : Short term output information And a short term output information measured from the
이때, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 운영대상건축물의 전체에너지시스템에서 특정구역에 설치된 센서들의 측정값에 따른 에너지 생산, 소비, 저장, 부하기기들에서의 출력정보를 각각 계산할 경우, 매우 복잡한 경우의 수를 계산하여야 함에 따라 학습 성능이 저하되고, 전체에너지시스템에서의 예측의 불확실성을 증가시키게 되는 문제가 있다. 따라서 상기 최적화기법에서는 상기 운영대상건축물의 과거데이터의 일정시간에 따른 외기온도, 일사 등을 포함하는 과거의 기상정보를 시계열적으로 데이터베이스화한 데이터를 상기 최적화기법에서의 상기 입력정보(X)로 하며, 상기 출력정보(Y)는 전체시스템 레벨에서의 상기 전체에너지시스템(100)의 에너지소비량() 및 상기 전체시스템모델(210)에서 계산된 에너지소비량()으로 하여, 전체에너지시스템(100) 레벨에서의 통합적인 최적화 및 학습을 수행함으로써 하위 레벨에서의 각각의 장치 및 구역에서의 학습에 필요한 시간을 현저하게 감소시킬 수 있으며 이때, 상기 제1목적함수는 하기와 같다.In this case, as shown in (b) of Figure 3, when calculating the output information from the energy production, consumption, storage, load devices according to the measured values of the sensors installed in a specific area in the total energy system of the operation target building, respectively In addition, there is a problem in that the learning performance is lowered and the uncertainty of the prediction in the entire energy system is increased by calculating the number of very complex cases. Therefore, in the optimization technique, data obtained by time-series database of past weather information including outside temperature, solar radiation, etc. according to a predetermined time of the historical data of the operation target building is input data (X) in the optimization technique. The output information (Y) is an energy consumption amount of the
제1목적함수 : First objective function:
또한, 상기 출력정보(Y)는 에너지소비량, 실내온도, 실내오염도, 열저장조 온도 및 전력저장장치의 충전상태 중 적어도 하나 이상을 포함하여, 시계열로 입력받은 상기 기상정보에 따라 복수의 출력정보(Y)를 각각 비교하는 하기의 제2목적함수(J′)응 이용하여 상기 전체시스템모델(210)을 학습시킬 수 있다.In addition, the output information (Y) includes at least one or more of energy consumption, room temperature, indoor pollution degree, heat storage temperature, and the state of charge of the power storage device, a plurality of output information (according to the weather information received in time series) The
제2목적함수 : Second purpose function:
( 여기에서, i = 각 시간단계, k = 학습에 이용되는 총 시간동안의 각 시간단계의 계수, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체에너지시스템에서 측정된 에너지소비량, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체시스템모델에서 계산된 에너지소비량, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체에너지시스템에서 측정된 실내온도, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체시스템모델에서 계산된 실내온도, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체에너지시스템에서 측정된 냉온수조온도, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체시스템모델에서 계산된 냉온수조온도, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체에너지시스템에서 측정된 에너지소비량, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체시스템모델에서 계산된 에너지상태량, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체에너지시스템에서 측정된 실내공기오염도, = 각 시간단계에서의 입력변수에 따른 전체시스템모델에서 계산된 실내공기오염도), 이때 상기 에너지소비량, 실내온도, 냉온수조온도, 실내공기오염도및 에너지상태량은 상기 운영대상건물의 각각의 특정구역에 설치된 센서네트워크 또는 각 요소의 로컬제어장치(110)로부터의 측정값 및 상기 전체시스템모델에서의 각각의 계산값을 각기의 입출력이 연결된 물리적인 모델 수식으로부터 산출하여 전체시스템 레벨로 통합한 값으로써, 상기 전체시스템모델의 구성요소 간의 에너지 입출력은 전체시스템모델의 에너지밸런스와 설정온도를 만족하도록 하는 알고리즘으로 전체시스템모델의 내부변수로서 계산하여 결정된다.Where i = each time step, k = the coefficient of each time step over the total time used for learning, = Energy consumption measured in the total energy system according to the input variables in each time step, = Energy consumption calculated from the overall system model according to the input variables in each time step, = Room temperature measured in the total energy system according to the input variables in each time step, = Room temperature calculated from the entire system model according to the input variables at each time step, = Hot and cold bath temperature measured in the entire energy system according to the input variables in each time step, = Hot and cold bath temperature calculated from the overall system model according to the input variables at each time step, = Energy consumption measured in the total energy system according to the input variables in each time step, = Energy state quantity calculated in the overall system model according to the input variables in each time step, = Indoor air pollution measured in the total energy system according to the input variables in each time step, = Indoor air pollution degree calculated from the entire system model according to the input variables in each time step), wherein the energy consumption, room temperature, cold / hot water bath temperature, indoor air pollution and energy state amount are stored in each specific zone of the target building. The measured values from the installed sensor network or the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기계학습단계를 도시한 순서도로서 도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 전체에너지시스템의 성능 예측방법은 장기간의 표준기상정보와 장기간의 입력정보를 학습을 완료한 전체시스템물리모델에 입력하여 장기간의 출력정보를 생성하는 학습용데이터 생성단계(S300) 이후, 학습된 상기 전체시스템모델(210)을 이용하여 인공지능 기반으로 구축된 상기 기계학습모델(220)을 학습시키는 기계학습단계(S400)를 더 포함하여 수행될 수 있으며, 이때 상기 데이터생성단계(S300)에서 생성되는 상기 장기간의 학습용 데이터는 학습을 완료한 상기 전체시스템물리모델과 장기간의 표준기상정보 및 장기간의 입력정보를 이용하여 장기간의 출력정보를 산출하여 생성될 수 있다.4 is a flowchart illustrating a machine learning step according to an embodiment of the present invention, referring to FIGS. 1 and 4, the method of predicting performance of the entire energy system according to the present invention includes a long-term standard weather information and a long-term input information. After the learning data generation step (S300) of generating a long-term output information by inputting the complete system physical model completed learning, the machine learning model built on the basis of artificial intelligence using the trained whole system model 210 ( And a machine learning step (S400) of learning 220, wherein the long-term learning data generated in the data generation step (S300) is the entire system physical model and a long-term standard for completing the learning. Long term output information may be generated by using weather information and long term input information.
또한, 상기 기계학습단계(S400)는 생성된 상기 장기간의 표준기상정보와 장기간의 입력정보를 상기 학습용데이터생성모듈(360)에 시계열에 따라 저장하여 데이터베이스화 하며, 상기 학습용데이터생성모듈(360)에 저장되는 상기 장기간의 표준기상정보 및 입력정보를 상기 물리모델학습단계(S200)에서 학습된 상기 전체시스템모델(210)에 입력하여 계산된 출력정보()를 이용하여 상기 기계학습모델을 학습하며, 이때 시계열적으로 입력된 단위시간(t)에 따라 입력받은 상기 장기간의 입력정보의 총 시간동안의 학습을 수행하고 입력받은 데이터의 총 시간에 따른 출력정보가 최적화되는 파라메터를 탐색하여 상기 기계학습모델학습모듈에 저장하여 데이터베이스화 할 수 있다.In addition, the machine learning step (S400) stores the generated long-term standard meteorological information and long-term input information in the learning
이때, 상기 학습용 데이터생성단계(S300)은 장기간의 표준기상정보와 장기간의 입력정보()을 기 학습한 전체시스템물리모델의 입력정보로 하여 계산한 장기간의 출력정보()를 생성함으로써, 기존에 기계학습모델을 학습하기 위한 데이터를 장기간에 걸쳐서 측정하여 얻을 수 있었던 학습기간을 획기적으로 단축할 수 있다.At this time, the learning data generation step (S300) is a long-term standard weather information and a long-term input information ( Long-term output information () calculated as input information of the entire system physical model ), It is possible to drastically shorten the learning period obtained by measuring data for learning a machine learning model over a long period of time.
더하여, 본 발명의 에너지 성능 예측 방법은 학습된 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간에 해당되는 입력정보에 따른 출력정보를 산출하는 성능예측단계(S500) 및 학습된 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간에 해당되는 입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템을 운영하기 위한 제어변수를 도출하는 최적제어변수도출단계(S600)를 더 포함하여 수행될 수 있다.In addition, the energy performance prediction method of the present invention uses a performance prediction step (S500) of calculating output information according to input information corresponding to a period to be predicted using the learned machine learning model and the learned machine learning model. The method may further include an optimal control variable derivation step S600 of deriving a control variable for operating the entire energy system according to input information corresponding to a period to be predicted.
이때 상기 최적제어변수는 시스템의 각 조절장치의 설정값에 대한 변수값으로 정의되며, 실내설정온도, 냉온수조설정온도, 전력저장장치의 설정값, 실내환경조절장치의 설정값 등을 포함하며, 상기 최정제어변수는 시간에 따라 각기의 설정값에 대한 최적값의 조합을 의미한다. 즉, 실내설정온도는 시간에 따라 최적설정온도값에 따라 동적으로 변동하게 되며, 이러한 최적의 변동을 통하여 목적함수가 최소화가 되는 최적의 상태로 상기 전체에너지시스템을 운영할 수 있다.At this time, the optimum control variable is defined as a variable value for the set value of each control device of the system, and includes the room set temperature, cold and hot water tank set temperature, the power storage device set value, the room environmental control device set value, etc. The maximum control variable means a combination of optimum values for respective set values over time. That is, the indoor set temperature is dynamically changed according to the optimum set temperature value over time, and the entire energy system can be operated in an optimal state in which the objective function is minimized through the optimum change.
또한, 상기 최적제어변수 도출단계(S600)는 도출된 상기 최적제어변수에 따른 운전대상물의 전체에너지시스템(100)에서의 운전데이터를 수집하여 상기 전체시스템모델(210)의 학습을 보강할 수 있다. 즉, 상기 최적제어변수 도출단계(S600)에서 도출된 최적제어변수를 상기 전체에너지시스템(100)의 로컬제어장치(110)에 전송하여 운영대상물의 상태를 제어 및 관리 할 수 있으며, 이때 상기 최적제어변수에 의해 관리된 운영대상물의 전체에너지시스템(100) 또는 로컬제어장치(110)에서의 측정값과 관리되는 시간에 따른 기상정보를 이용하여 필요에 따라, 상기 전체시스템모델(210)을 재학습시킴으로써 상기 전체시스템모델(210) 및 기계학습모델(220)의 예측 성능을 점차적으로 향상시킬 수 있다.In addition, the optimal control variable derivation step (S600) may reinforce the learning of the
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is not limited, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.
1000 : 에너지운영관리시스템
100 : 전체에너지시스템
110 : 로컬제어장치
120 : 센서 네트워크
200 : 로컬운영서버
300 : 원격기계학습서버
210, 310 : 전체시스템물리모델
220, 320 : 기계학습모델
230 : 실측데이터 저장모듈
240, 340 : 물리모델학습모듈
250, 350 : 기계학습모델학습모듈
270 : 성능예측모듈
360 : 학습용데이터생성모듈
380 : 학습제어모듈1000: Energy Operation Management System
100: total energy system 110: local control device
120: sensor network
200: local operation server 300: remote machine learning server
210, 310: Physical system
230: measured
250, 350: machine learning model learning module 270: performance prediction module
360: learning data generation module 380: learning control module
Claims (12)
최적화 기법을 이용하여 상기 전체에너지시스템에 따른 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성된 전체시스템물리모델을 학습하는 물리모델학습단계(S200);
학습을 완료한 상기 전체시스템물리모델을 이용하여, 장기간의 학습용 데이터를 생성하는 학습용데이터생성단계(S300); 및
상기 장기간의 학습용 데이터를 이용하여 하여 인공지능을 기반으로 구축된 기계학습모델을 학습하는 기계학습단계(S400);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 성능 예측 방법.
A historical data collection step (S100) of collecting past operational data of the entire energy system of the operation object;
A physical model learning step of learning an entire system physical model consisting of input information, output information and parameters according to the entire energy system using an optimization technique (S200);
Learning data generation step (S300) for generating a long-term learning data using the complete system physical model completed learning; And
Machine learning step of learning a machine learning model built on the basis of artificial intelligence using the long-term learning data (S400);
Energy performance prediction method comprising a.
상기 전체시스템물리모델은 상기 전체에너지시스템에서의 각각의 구성요소모델을 물리적인 수식으로 연결하여 통합하는 전체레벨에서의 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 성능 예측 방법.
The method of claim 1,
The overall system physical model is an energy performance prediction method, characterized in that composed of input information, output information and parameters at the overall level to integrate each component model in the total energy system by integrating physical equations.
상기 최적화 기법은 일정기간의 과거입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템에서의 측정된 출력정보()와 상기 전체시스템물리모델에서 계산된 출력정보()의 차이의 전체합이 최소가 되는 파라메터를 탐색하는 것을 특징으로 하는 에너지 성능 예측 방법.
The method of claim 2,
The optimization technique measures output information measured in the total energy system according to past input information of a predetermined period. ) And output information calculated from the overall system physical model ( Energy performance prediction method characterized in that the search for a parameter that the total sum of the difference is minimized.
상기 최적화 기법은 시계열로 입력받은 과거의 기상정보를 상기 과거입력정보로 하며,
상기 과거입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템에서 측정된 에너지소비량() 및 상기 전체시스템물리모델에서 계산된 에너지소비량()을 각각의 상기 출력정보(, )로 하는 것을 특징으로 하는 에너지 성능 예측 방법.
The method of claim 3,
The optimization technique uses the past weather information input in time series as the past input information.
Energy consumption measured in the total energy system according to the past input information ( ) And energy consumption calculated from the overall system physical model ( ) The respective output information ( , The energy performance prediction method characterized by the above-mentioned.
상기 출력정보는 에너지소비량, 실내온도, 실내오염도, 열저장조 온도 및 전력저장장치의 충전상태 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 성능 예측 방법.
The method of claim 4, wherein
The output information may include at least one of energy consumption, indoor temperature, indoor pollution degree, heat storage temperature, and state of charge of the power storage device.
상기 장기간의 학습용 데이터는 학습을 완료한 상기 전체시스템물리모델과 장기간의 표준기상정보 및 장기간의 입력정보를 이용하여 장기간의 출력정보를 산출하여 생성되는 것을 특징으로 하는 에너지 성능 예측 방법.
The method of claim 3,
And the long term learning data is generated by calculating long term output information using the entire system physical model, long term standard weather information, and long term input information.
상기 에너지 성능 예측 방법은,
학습된 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간에 해당되는 기상정보와 입력정보에 따른 출력정보를 산출하는 성능예측단계(S500);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전체에너지시스템의 에너지 성능 예측 방법.
The method of claim 1,
The energy performance prediction method,
A performance prediction step (S500) of calculating output information based on weather information and input information corresponding to a period to be predicted using the learned machine learning model;
Energy performance prediction method of the entire energy system comprising a further.
상기 에너지 성능 예측 방법은,
학습된 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간에 해당되는 기상정보와 입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템을 운영하기 위한 제어변수를 도출하는 최적제어변수도출단계(S600);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 성능 예측방법.
The method of claim 1,
The energy performance prediction method,
An optimal control variable derivation step (S600) of deriving a control variable for operating the entire energy system according to weather information and input information corresponding to a period to be predicted using the learned machine learning model (S600);
Energy performance prediction method further comprising.
상기 로컬운영서버 및 원격기계학습서버는,
상기 전체에너지시스템을 모방하여 입력정보, 출력정보 및 파라메터로 구성되는 수식적 물리모델로 구축된 전체시스템물리모델; 및
상기 전체에너지시스템을 모방하여 인공지능을 기반으로 구축된 기계학습모델;
을 포함하되,
상기 로컬운영서버는,
상기 전체에너지시스템으로부터 과거운영데이터 및 과거 기상정보를 입력받아 저장하는 실측데이터저장모듈; 및
최적화 기법을 통하여 학습된 상기 전체시스템물리모델에서의 최적화된 파라메터를 탐색 및 저장하는 물리모델학습모듈;
을 더 포함하고,
상기 원격기계학습서버는,
상기 로컬운영서버로부터 상기 최적화된 파라메터를 수신받아 상기 기계학습모듈을 학습하기 위한 장기간의 학습용 데이터를 생산 및 저장하는 학습용데이터생성모듈; 및
상기 장기간의 학습용 데이터를 이용하여 학습된 상기 기계학습모델에서의 파라메터를 탐색 및 저장하는 기계모델학습모듈;
을 더 포함하여,
상기 로컬운영서버는 상기 원격기계학습서버로부터 상기 장기간 학습된 파라메터를 수신받는 것을 특징으로 하는 에너지 운영관리 시스템.
In the energy operation management system using an optimal physics learning model and machine learning, including a local operation server for managing the entire energy system of the operating object and a remote machine learning server performing wired and wireless communication with the local operation server,
The local operation server and remote machine learning server,
An overall system physical model constructed of a formal physical model composed of input information, output information and parameters by mimicking the entire energy system; And
A machine learning model constructed based on artificial intelligence by imitating the entire energy system;
Including,
The local operation server,
An actual data storage module for receiving and storing past operation data and past weather information from the entire energy system; And
A physical model learning module for searching and storing optimized parameters in the overall system physical model learned through an optimization technique;
More,
The remote machine learning server,
A learning data generation module receiving the optimized parameters from the local operation server to produce and store long term learning data for learning the machine learning module; And
A machine model learning module for searching and storing parameters in the machine learning model learned using the long term learning data;
Including more,
And said local operating server receives said long-term learned parameter from said remote machine learning server.
상기 로컬운영서버는,
학습된 상기 기계학습모델을 이용하여 예측하고자 하는 기간의 입력정보에 따른 출력정보를 산출하는 성능예측모듈;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 운영관리 시스템.
The method of claim 9,
The local operation server,
A performance prediction module for calculating output information according to input information of a period to be predicted using the learned machine learning model;
Energy operation management system, characterized in that it further comprises.
상기 원격기계학습서버는,
예측하고자하는 기간의 입력정보에 따른 상기 전체에너지시스템을 제어하기 위한 최적제어변수를 탐색 및 저장하는 학습제어모듈;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 운영관리 시스템.
The method according to claim 9 or 10,
The remote machine learning server,
A learning control module for searching for and storing an optimal control variable for controlling the entire energy system according to input information of a period to be predicted;
Energy operation management system, characterized in that it further comprises.
상기 로컬운영서버는,
상기 원격기계학습서버로부터 수신받은 상기 최적제어변수를 상기 전체에너지시스템의 로컬제어장치에 전달하여 상기 전체에너지시스템 각각의 구성장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 운영관리 시스템.The method of claim 11,
The local operation server,
And transmitting the optimum control variable received from the remote machine learning server to a local control device of the total energy system to control each device of the total energy system.
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