KR20200057821A - solar photovoltatic power generation forecasting apparatus and method based on big data analysis - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for predicting a generation amount of solar photovoltaic power based on big data analysis which may collect various data on solar photovoltaic power and systematically apply various analysis schemes including multiplex artificial neural network analysis based on the collected data to forecast power generation, and confirm factors affecting the prediction of the generation amount of the solar photovoltaic power for every analysis to increase prediction accuracy with respect to various environmental changes, and a method thereof. In consideration of various climate factors associated with outside temperature, quantity of solar radiation, humidity and the like affecting the solar photovoltaic power generation and various factors including a physical change of a machine such as pollution and temperature of a module, by providing volatility prediction of power yield according to a climate state and physical elements of a machine through accurate power generation prediction and influence factor analysis and fundament information for efficient load operation and management of a power generation system, the fundament information may be widely used as fundament data to increase economics of an existing installation area, to review business of a solar power station, to determine an intention.

Description

빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법{solar photovoltatic power generation forecasting apparatus and method based on big data analysis}Solar photovoltatic power generation forecasting apparatus and method based on big data analysis

본 발명은 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 태양광 발전에 관련된 다양한 데이터들을 수집하고 수집된 데이터를 기반으로 다중복합 인공신경망 분석을 포함하는 다양한 분석 기법을 체계적으로 적용하여 발전량을 예측할 수 있으며, 태양광 발전량 예측에 영향을 주는 인자들을 매 분석 시마다 확인하여 다양한 환경 변화에 대한 예측 정확도를 높일 수 있도록 한 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for predicting the amount of photovoltaic power generation through big data analysis, and in particular, collects various data related to photovoltaic power generation and systematically conducts various analysis techniques including multi-composite artificial neural network analysis based on the collected data. It is possible to predict the amount of power generation by applying it, and it relates to an apparatus and method for predicting the amount of photovoltaic power generation through big data analysis to check the factors affecting the photovoltaic power generation prediction every time to increase the prediction accuracy for various environmental changes. .

신재생에너지인 태양광 발전은 4차산업혁명에서 기후변화와 더불어 온실가스 감축 목표 달성에 매우 중요한 역할을 하게 될 것으로 기대되고 있다. 따라서 태양광발전 사업에 대한 꾸준한 지원 정책과 기술의 발전에 따라 태양광 패널의 수명 및 효율이 개선되었고, 태양광 발전 관련 설비들도 고도화되고 있으며 대형 태양광 발전소는 물론이고 소규모 태양광 발전 역시 활성화되고 있다.Photovoltaic power generation, a renewable energy, is expected to play a very important role in achieving the goal of greenhouse gas reduction along with climate change in the fourth industrial revolution. Therefore, the lifespan and efficiency of the solar panel has been improved with the steady support policy and technology development for the photovoltaic power generation business, and the facilities related to the photovoltaic power generation are being upgraded. Is becoming.

이러한 태양광 발전의 경우 외부 영향에 의존적이기 때문에 발전량 예측이 매우 중요한데, 과다한 발전은 설계 용량을 초과하는 발전에 의한 물리적, 전기적 위험이 있고, 연계되는 계통에 다수의 태양광 발전 설비들이 존재하는 경우 역조류 발생등의 문제가 발생할 수 있으며 저조한 발전은 수익 하락의 문제가 발생할 수 있다. In the case of such photovoltaic power generation, it is very important to predict the amount of power generation because it is dependent on external influences. In the case of excessive power generation, there are physical and electrical hazards due to power generation exceeding the design capacity, and when there are multiple photovoltaic power generation facilities in the connected system Problems such as the occurrence of reverse algae may occur, and poor power generation may cause a problem of falling profits.

이와 같이 태양광 발전량 예측은 물리적, 경제적 위험 요소를 예방하는데 중요한 역할을 하고 있으며, 태양광 발전량 예측의 정확도에 따라 경제적 측면에서 많은 손익이 변동되기 때문에 다양한 분야에서 발전량 예측에 관한 기술 도입을 확대하고 있다. As described above, solar power generation prediction plays an important role in preventing physical and economic risk factors, and many profits and losses fluctuate in economic terms depending on the accuracy of solar power generation forecasts, thus expanding the introduction of technology for power generation forecasts in various fields. have.

알려져 있는 바와 같이, 태양광 발전 예측의 경우 외기온도, 일사량, 습도 등과 관련된 다양한 기후요소와 모듈의 오염도, 모듈온도 등과 같은 기계의 물리적 변화가 함께 고려되어야 하므로 분석 대상이 많고 다양한 비정형 데이터가 지속적으로 발생되므로 방대한 정보들을 효과적으로 분석하기가 쉽지 않다. As is known, in the case of solar power generation prediction, various climatic factors related to outdoor temperature, solar radiation, humidity, etc., and physical changes of the machine such as module contamination, module temperature, etc. must be considered together. Because it occurs, it is not easy to analyze vast amounts of information effectively.

현재 여러 곳에서 운영되고 있는 태양광 발전소는 수요 증가 및 확대보급 등에도 불구하고 기후변화와 모듈의 이물질, 결함 등으로 많은 문제가 발생하고 있는데, 모듈의 이물질이나 결함은 전문가의 지속적인 관찰과 관리가 없다면 발견이 어렵고, 이러한 문제는 개별 모듈 뿐만 아니라 연결된 다른 모듈들의 수명이나 발전량에도 영향을 미칠 뿐만 아니라 심한 경우 전기적 이상으로 화재 발생 등의 치명적인 문제를 야기하는 경우도 빈번하다. Solar power plants currently operating in many places are experiencing many problems due to climate change, foreign matters, and defects in the module despite increasing demand and expansion and supply. Without it, it is difficult to find, and this problem not only affects the lifespan or power generation of not only individual modules but also other connected modules, and in severe cases, often causes fatal problems such as fire due to electrical abnormalities.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 다양한 태양광 발전예측에 연구가 진행되고 있으나, 기상예보에 의존적인 예측기술이나 단일 예측 모델 등에 관련된 연구가 대부분으로 예측방법에 대한 개선이 필요성이 요구되고 있다. 정확하고 정밀하지 못한 예측기술은 전력생산품질의 저하, 전력 생산량 관리 미흡으로 인한 경제적 손실 등의 문제를 동반한다.As a method to solve this problem, research is being conducted on various solar power generation predictions, but most of the studies related to a prediction technology or a single prediction model that depend on weather forecasts require improvement of the prediction method. Precise and inaccurate prediction technology is accompanied by problems such as deterioration in power production quality and economic loss due to insufficient management of power production.

특히, 이러한 기상예보에 의존적인 예측 기술은 실제 발전 모듈의 이물질, 결함 등에 따른 문제에 대응하기 어렵고, 단일 예측 모델 혹은 이러한 단일 예측 모델들을 복수로 사용하는 경우도 다양한 요인에 의해 실제 발전량 예측에 영향을 주는 영향인자가 가변되는 상황에 대응하기 어려워 그 결과를 정확하지 않으므로 이러한 발전량 예측의 활용 범위가 제한되는 한계가 있다.In particular, the prediction technology dependent on the weather forecast is difficult to cope with the problem due to foreign matters, defects, etc. of the actual power generation module, and even when a single prediction model or a plurality of these single prediction models are used, it affects the actual power generation prediction by various factors. Because it is difficult to cope with the situation in which the influencing factor affecting is variable, the result is not accurate.

나아가, 최근 각광받고 있는 기계 학습 방식이나 딥러닝과 같은 신경망을 이용한 예측 모델을 적용하고자 하는 연구도 있으나 태양광 발전량 예측에는 다양한 기상 정보, 각종 센싱 정보, 설비에 대한 다양한 상황과 정보들을 물론이고 패널의 영상 정보와 같은 종류가 다른 여러 데이터들을 고려해야 하므로 학습의 대상을 결정하는 것도 어렵고 단순히 일부 정보들 만을 학습시킨 신경망 분석은 그 복잡성에 비해 예측 결과를 신뢰하기 어려운 문제가 있다.Furthermore, there is a study to apply a prediction model using a neural network such as a machine learning method or deep learning, which has recently been in the spotlight, but in predicting solar power generation, various weather information, various sensing information, and various situations and information about equipment, as well as panels Since it is necessary to consider several different types of data, such as the image information of, it is difficult to determine the target of learning, and the neural network analysis in which only some information is learned has a problem in that it is difficult to trust the prediction result compared to its complexity.

한국 등록특허 제10-1635450호, [기상정보를 활용한 도시에너지관리시스템용 태양광발전량 예측시스템]Korean Registered Patent No. 10-1635450, [Photovoltaic power generation prediction system for urban energy management system using weather information] 한국 등록특허 제10-1856320호, [태양광 발전량 예측 장치 및 방법]Korean Registered Patent No. 10-1856320, [Solar power generation prediction device and method]

본 발명 실시예들의 목적은 태양광 발전에 영향을 미치는 외기온도, 일사량, 습도 등과 관련된 다양한 기후요소와 모듈의 오염도, 모듈온도 등과 같은 기계의 물리적 변화를 포함하는 다양한 요소들을 고려하여 보다 정확한 발전 예측을 제공할 수 있도록 한 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the embodiments of the present invention is to predict more accurate power generation by considering various factors including physical changes in the machine such as module temperature, module pollution, and various climate factors related to outdoor temperature, solar radiation, and humidity, which affect solar power generation. It is to provide an apparatus and method for predicting the amount of photovoltaic power generation through the analysis of big data so that it can provide.

본 발명의 다른 목적은 실시간 기상정보와 함께 환경데이터, 설비데이터를 수집하고, 다양한 분석 기법을 체계적으로 적용하기 위하여 각 분석 기법들을 계층적으로 관리하면서 다양한 분석 예측기술을 통하여 발전량을 예측함과 아울러 매 분석 시점마다 분석에 적용되는 다양한 입력변수의 중요도를 판별하여 그 가중치를 조절하고 해당 가중치에 대한 신뢰도를 높임으로써 다양한 환경 변화에 따른 예측 정확도를 높일 수 있도록 한 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to collect environmental data and facility data together with real-time weather information, and hierarchically manage each analysis technique in order to systematically apply various analysis techniques, while predicting power generation through various analysis prediction techniques. Prediction of solar power generation through big data analysis that determines the importance of various input variables applied to the analysis at each analysis time, adjusts the weights and increases the reliability of the weights, thereby increasing the accuracy of predictions according to various environmental changes. It is to provide an apparatus and method.

본 발명의 또 다른 목적은 기상 정보나 발전 정보와 같은 정량화된 정보는 물론이고 발전에 중대한 영향을 미치는 태양광 발전 모듈의 오염 여부를 확인하기 위한 이미지 정보를 이미지 분석에 최적화된 신경망 분석을 적용하고, 신경망 분석을 통해 얻어진 오염 정보와 복수의 정량화된 발전 관련 정보들을 다른 신경망 학습을 통해 분석하는 다중복합 인공신경망 기술적 적용함으로써 실질적으로 높은 신뢰성을 가지는 분석이 가능하도록 함과 아울러 이러한 분석 방식 외에도 다른 분석도 병행하고, 발전량 분석이 이루어질 때마다 발전량 예측에 영향을 주는 영향인자를 분석하여 가중치를 신뢰성 있게 결정하는 것으로 다양한 환경 변화에 지능적으로 대응하여 발전량 예측의 적중률을 높일 수 있도록 한 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to apply a neural network analysis optimized for image analysis to image information for checking whether the photovoltaic module has a serious influence on power generation, as well as quantified information such as weather information or power generation information, and In addition, it is possible to perform a highly reliable analysis by applying a multiplexed artificial neural network technology that analyzes the pollution information obtained through neural network analysis and a plurality of quantified development related information through different neural network learning. In parallel, whenever the analysis of power generation is performed, it is possible to reliably determine the weight by analyzing the influence factors that affect the forecast of power generation. Through big data analysis, it is possible to intelligently respond to various environmental changes and increase the hit rate of power generation prediction. It is to provide an apparatus and method for predicting solar power generation.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치는 기상 데이터, 환경에 대한 측정 데이터, 발전 상태 데이터 및 태양광 발전 모듈 관찰 영상 데이터를 포함하는 태양광 발전 관련 데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 데이터 수집부에서 수집된 데이터를 주기적으로 저장하고, 수집된 데이터를 발전량 예측 분석을 위한 영향인자로 사용할 수 있도록 가공하는 데이터 저장 및 전처리부와, 태양광 발전량 예측을 위하여 학습 방식과 통계 방식을 포함하는 복수의 분석 방식과 각 분석 방식에서 사용할 파라미터를 정의하고, 정의된 파라미터를 상세 분석 설정에 따라 변동하며, 분석 목표에 따라 사용할 분석 방식과 파라미터를 관리하고, 정의 및 변동된 파라미터를 반영한 복수의 분석 방식으로 발전량 예측 과정을 수행하되, 분석을 수행할 때마다 분석에 사용되는 영향인자를 분석하여 그 영향도를 판단하고 가중치를 재설정하여 후속 분석에 반영되도록 하는 예측 분석부와, 예측 분석부의 각 분석 방식에 따른 예상 발전량 정보와 영향인자 분석 정보를 설정된 방식으로 제공하는 정보 제공부를 포함한다. In order to achieve the above object, the apparatus for predicting solar power generation through big data analysis according to an embodiment of the present invention includes weather data, measurement data for the environment, power generation status data, and observation image data of the solar power module. A data collection unit that collects solar power-related data, and a data storage and preprocessing unit that periodically stores the data collected by the data collection unit and processes the collected data to be used as an influencer for predicting and analyzing power generation. In order to predict the amount of photovoltaic power generation, multiple analysis methods including learning methods and statistical methods, parameters to be used in each analysis method are defined, and the defined parameters are changed according to detailed analysis settings. Manage the parameters, and perform the power generation prediction process with multiple analysis methods that reflect the defined and changed parameters.Whenever the analysis is performed, the influence factor used in the analysis is analyzed to determine its impact and the weight is reset to follow up. It includes a predictive analysis unit to be reflected in the analysis, and an information providing unit that provides estimated power generation amount information and impact factor analysis information according to each analysis method of the prediction analysis unit in a set manner.

일례로서, 태양광 발전 관련 데이터는 외부 기상 예보 기관에서 제공하는 과거, 현재 및 미래 기상 데이터를 포함하는 외부 데이터와, 태양광 발전모듈 설치 영역에서 실측된 일사량, 외기 온도, 모듈 온도, 습도 데이터 및 패널의 오염과 이상을 검출하기 위한 영상 데이터를 포함하는 내부 환경 데이터와, 모듈 발전 데이터 및 인버터 발전 데이터를 포함하는 내부 설비 데이터를 포함할 수 있다.As an example, solar power-related data includes external data including past, present, and future weather data provided by an external weather forecasting agency, and solar irradiation, outdoor temperature, module temperature, and humidity data measured in a solar power module installation area, and It may include internal environmental data including image data for detecting contamination and abnormality of the panel, and internal facility data including module power generation data and inverter power generation data.

일례로서, 데이터 저장 및 전처리부는 데이터 수집부로부터 데이터를 수집하는 저장 서버와, 저장 서버가 수집한 데이터를 주기적으로 전달받아 저장하는 원격 공유 저장부와, 저장 서버나 원격 공유 저장부에 저장된 데이터를 획득하여 태양광 발전량 예측을 위한 입력 정보인 영향인자로 사용할 수 있도록 노이즈 제거, 데이터 정규화, 포맷의 변경 중 적어도 하나 이상을 수행하는 데이터 전처리부를 포함할 수 있다.As an example, the data storage and preprocessing unit may include a storage server that collects data from the data collection unit, a remote shared storage unit that periodically receives and stores the data collected by the storage server, and data stored in the storage server or remote shared storage unit. It may include a data pre-processing unit that performs at least one of noise removal, data normalization, and format change so that it can be obtained and used as an influence factor that is input information for predicting solar power generation.

일례로서, 예측 분석부는 학습 유형과 통계 분석 유형을 포함하는 학습 유형을 정의하고, 회귀분석, 분류 분석, 군집 분석을 포함하는 분석 유형을 정의하며, 정의된 분석에 사용할 파라미터를 정의함으로써 사용할 복수의 태양광 발전량 예측 분석기법을 정의하는 핵심기법 관리부와, 핵심기법 관리부에서 정의된 분석 기법의 파라미터를 변동하여 상세 분석 방식을 설정하는 일반기법 관리부와, 설정된 분석 목표에 따라 일반기법에 따른 상세 분석 방식을 그룹으로 설정 및 관리하며 분석 스케줄을 설정 및 관리하는 모듈 관리부를 포함할 수 있다.As an example, the predictive analysis unit defines a learning type including a learning type and a statistical analysis type, defines an analysis type including regression analysis, classification analysis, and cluster analysis, and defines parameters to be used for the defined analysis, thereby defining multiple learning types. The core technique management unit that defines the solar energy predictive analysis method, the general technique management unit that sets the detailed analysis method by changing the parameters of the analysis technique defined in the core technique management unit, and the detailed analysis method according to the general technique according to the set analysis goal It may include a module management unit for setting and managing a group and setting and managing an analysis schedule.

일례로서, 예측 분석부는 정의 및 설정된 파라미터로 태양광 발전량을 예측하는 복수의 분석 처리부를 포함하되 이들 중 하나로서, 태양광 발전 모듈의 이미지 정보로부터 오염 상태 정보를 출력하는 이미지 분석용 딥러닝 인공 신경망과, 일사량, 모듈 온도, 태양 고도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 정량화된 발전 관련 정보와 상기 딥러닝 인공 신경망에서 출력된 오염 상태 정보를 입력으로 하여 예상 발전량을 출력하는 발전량 예측 신경망을 포함하는 다중복합 인공신경망을 이용한 분석 처리부를 포함할 수 있다.As an example, the prediction analysis unit includes a plurality of analysis processing units for predicting the amount of photovoltaic power generation with defined and set parameters, but as one of them, a deep learning artificial neural network for image analysis that outputs pollution state information from image information of the photovoltaic power generation module. And, multi-composite comprising a predicted power generation neural network that outputs the expected power generation by inputting quantified power generation-related information including at least one of solar radiation, module temperature, and solar altitude and pollution state information output from the deep learning artificial neural network It may include an analysis processing unit using an artificial neural network.

한편, 상기 다중복합 인공신경망을 이용한 분석 처리부에서 모듈 오염을 분석하는 딥러닝 인공 신경망은 이미지 분석에 최적화된 CNN(Convolutional neural network) 기반 신경망이고, 상기 발전량 예측 신경망은 오염 상태 정보와 정량화된 복수의 발전 관련 정보를 학습을 위한 입력으로 하여 예측 발전량을 출력하는 인공 신경망일 수 있다.Meanwhile, the deep learning artificial neural network that analyzes module contamination in the analysis processing unit using the multiplexed artificial neural network is a CNN (Convolutional neural network) -based neural network optimized for image analysis, and the power generation prediction neural network includes a plurality of quantified contamination status information and It may be an artificial neural network that outputs a predicted amount of power generation using information related to power generation as an input for learning.

일례로서, 예측 분석부는 영향인자를 수집하는 영향인자 수집부와, 태양광 발전량 예측 결과를 분석하는 예측 분석부와, 예측 분석부의 정확도를 판단하는 영향인자 정확도 판단부와, 기계학습 방식의 분석이 이루어질 때마다 분석에 사용되는 학습 데이터 세트를 교차 검증하는 교차 검증부와, 상호정보량(Mutual Infotmation)을 통해 각 영향인자들의 발전량 기여 가중치를 결정하는 가중치 결정부와, 랜덤 포레스트(Random forest) 방식으로 각 영향인자별 추론 확률을 구하여 영향도를 판단하는 영향력 판단부를 포함하는 영향인자 분석부를 포함할 수 있다.As an example, the predictive analysis unit includes an influencer collection unit that collects influence factors, a predictive analysis unit that analyzes solar power generation prediction results, an influencer accuracy determination unit that determines the accuracy of the predictive analysis unit, and a machine learning method analysis. A cross-validation unit that cross-verifies the training data set used for analysis whenever it is made, a weight determination unit that determines the contribution weight of each factor's power generation through mutual information, and a random forest method. An influencer analysis unit including an influence determination unit for determining an influence degree by obtaining an inference probability for each influencer may be included.

본 발명의 다른 실시예에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 방법은 기상 데이터, 환경에 대한 측정 데이터, 발전 상태 데이터 및 태양광 발전 모듈 관찰 영상 데이터를 포함하는 태양광 발전 관련 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와, 상기 데이터 수집 단계에서 수집된 데이터를 주기적으로 저장하고, 수집된 데이터를 발전량 예측 분석을 위한 영향인자로 사용할 수 있도록 가공하는 데이터 저장 및 전처리 단계와, 태양광 발전량 예측을 위하여 학습 방식과 통계 방식을 포함하는 복수의 분석 방식과 각 분석 방식에서 사용할 파라미터를 정의하고, 정의된 파라미터를 상세 분석 설정에 따라 변동하며, 분석 목표에 따라 사용할 분석 방식과 파라미터를 관리하는 기법 관리 단계와, 기법 관리 단계에서 정의 및 변동된 파라미터를 반영한 복수의 분석 방식으로 발전량 예측 과정을 수행하는 발전량 예측 단계와, 발전량 예측 단계에서 분석을 수행할 때마다 분석에 사용되는 영향 인자를 분석하여 그 영향도를 판단하고 가중치를 재설정하여 후속 분석에 반영되도록 하는 영향 인자 분석 단계와, 발전량 예측 단계 및 영향 인자 분석 단계에서 얻어진 예상 발전량 정보와 영향 인자 분석 결과를 설정된 방식으로 제공하는 정보 제공 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a method for predicting a photovoltaic power generation through big data analysis collects data related to photovoltaic power generation, including weather data, measurement data on the environment, power generation status data, and observation image data of the photovoltaic module. Data collection step, data storage and pre-processing step to periodically store the data collected in the data collection step, and process the collected data to be used as an influencer for predicting power generation, and learning to predict solar power generation Method management steps to define multiple analysis methods including methods and statistical methods, parameters to be used in each analysis method, to change defined parameters according to detailed analysis settings, and to manage analysis methods and parameters to be used according to analysis goals , The power generation prediction step of performing the power generation prediction process by a plurality of analysis methods reflecting the parameters defined and changed in the technique management step, and the impact factor analyzed by analyzing the influence factor used in the analysis whenever the analysis is performed in the power generation prediction step And an information providing step of providing an estimated generation amount information and an effect factor analysis result obtained in the generation factor prediction step and the influence factor analysis step in a set manner so as to determine and reset the weight to be reflected in the subsequent analysis.

일례로서, 발전량 예측 단계는 태양광 발전 모듈의 이미지 정보를 이미지 분석에 최적화된 딥러닝 인공 신경망을 통해 분석하여 오염 상태 정보를 얻고, 일사량, 모듈 온도, 태양 고도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 정량화된 발전 관련 정보와 상기 딥러닝 인공 신경망에서 분석된 오염 상태 정보를 입력으로 하는 발전량 예측 신경망을 통해 발전량을 예측하는 다중복합 인공신경망 예측 단계를 포함할 수 있다.As an example, the power generation prediction step analyzes the image information of the photovoltaic power generation module through a deep learning artificial neural network optimized for image analysis, obtains pollution state information, and quantifies at least one of solar radiation, module temperature, and solar altitude. It may include a multi-assembly artificial neural network prediction step of predicting the amount of power generation through the power generation prediction neural network as input to the power generation-related information and the pollution state information analyzed in the deep learning artificial neural network.

일례로서, 영향인자 분석 단계는 기계 학습 방식의 태양광 발전량 예측 분석이 수행될 때마다 기계 학습 데이터 세트를 K-fold 크로스 밸리데이션 분리 방법으로 설정된 정확도 이상의 값이 나올때까지 기계학습을 진행하여 영향인자의 가중치를 검증하는 단계와, 상호정보량(Mutual Infotmation)을 통해 각 영향인자들의 발전량 기여 가중치를 결정하는 단계와, 랜덤 포레스트(Random forest) 방식으로 각 영향인자별 추론 확률을 구하여 영향도를 판단하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.As an example, the influencer analysis step performs machine learning until a value equal to or higher than the accuracy set by the K-fold cross-validation separation method is performed on the machine learning data set every time the machine learning method PV analysis is performed. The step of verifying the weight, the step of determining the contribution weight of each influencer's power generation through Mutual Infotmation, and the step of determining the degree of influence by obtaining the reasoning probability for each influencer in a random forest method It may include at least one step.

본 발명의 실시예들에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법은 태양광 발전에 영향을 미치는 외기온도, 일사량, 습도 등과 관련된 다양한 기후요소와 모듈의 오염도, 모듈온도 등과 같은 기계의 물리적 변화를 포함하는 다양한 요소들을 고려하여 보다 정확한 발전 예측과 영향인자 분석을 통해 기상상태 및 기계의 물리적 요소들에 따른 전력 생산량의 변동성 예측뿐만 아니라 발전시스템의 효율적인 부하운영 및 관리를 위한 기초 정보를 제공함으로써 기존 설치지역의 경제성 향상과 신규 태양광 발전소의 사업성 검토 및 의사결정을 위한 기초자료로 폭넓게 활용할 수 있는 효과가 있다.The apparatus and method for predicting the amount of photovoltaic power generation through big data analysis according to the embodiments of the present invention include various climate factors related to the photovoltaic power, solar radiation, humidity, etc. By considering various factors including physical changes, more accurate power generation prediction and impact factor analysis provide basic information for efficient load operation and management of the power generation system, as well as forecasting volatility of power generation according to weather conditions and physical elements of machinery. By providing it, there is an effect that can be widely used as basic data for improving economic feasibility of existing installation areas and reviewing and making business decisions of new solar power plants.

본 발명의 실시예들에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치 및 방법은 주기적인 실시간 기상정보와 함께 환경데이터, 설비데이터를 수집하고 다양한 분석 기법을 체계적으로 적용하기 위하여 각 분석 기법들을 계층적으로 관리하면서 다양한 다중복합 분석예측기술을 통하여 발전량을 예측함과 아울러 매 분석 시점마다 분석에 적용되는 다양한 입력변수의 중요도를 판별하여 그 가중치를 조절하고 해당 가중치에 대한 신뢰도를 높임으로써 다양한 환경 변화에 따른 예측 정확도를 높일 수 있어 변동되는 장치의 상태나 변화되는 기상에 대응할 수 있는 효과가 있다.The apparatus and method for predicting solar power generation through big data analysis according to embodiments of the present invention hierarchize each analysis technique to collect environmental data, facility data together with periodic real-time weather information, and systematically apply various analysis techniques In addition, it predicts the amount of power generation through various multi-composite analysis forecasting techniques while managing it as an enemy, and determines the importance of various input variables applied to the analysis at each analysis time, adjusts the weights, and increases the reliability of the weights, thereby changing various environments. It is possible to increase the accuracy of prediction according to the effect of responding to the changing state of the device or the changing weather.

나아가, 발전에 중대한 영향을 미치는 태양광 발전 모듈의 이미지 정보를 이미지 분석에 최적화된 신경망 분석에 적용하여 오염 상태를 구분할 수 있어 정량화된 정보 뿐만 아니라 숙련자가 아니면 구분하기 어려운 모듈의 상태까지도 정확하게 고려하며, 이러한 오염 정보와 정량화된 정보들을 통합적으로 고려한 발전량 예측 신경망을 적용함으로써 보다 정확한 발전량 예측이 가능하여 발전량 예측의 적중률과 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.Furthermore, the image information of the photovoltaic module, which has a significant influence on power generation, can be applied to the neural network analysis optimized for image analysis to classify the pollution status, so it accurately considers not only the quantified information but also the status of the module that is difficult to distinguish without an expert. , By applying the power generation prediction neural network that considers these pollution information and quantified information collectively, more accurate power generation prediction is possible, thereby increasing the hit rate and reliability of power generation prediction.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치의 개념적 구성도를 보인 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 저장 및 전처리부의 구성을 보인 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예측 분석부에 포함된 기법 관리 구성들의 처리 내용을 개념적으로 보인 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예측 분석부에 포함된 예상 발전량 분석부의 구성을 개념적으로 보인 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예상 발전량 분석부의 분석 처리부 중 하나인 다중복합 인공신경망의 구성 및 동작 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 다중복합 인공신경망의 구성을 보인 예시적 실시예이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영향인자 분석부의 구성을 보인 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 방법을 보인 순서도이다.
1 shows a conceptual configuration diagram of a photovoltaic power generation prediction device through big data analysis according to an embodiment of the present invention.
2 shows a configuration of a data storage and preprocessing unit according to an embodiment of the present invention.
3 conceptually shows the processing contents of the technique management components included in the predictive analysis unit according to an embodiment of the present invention.
4 conceptually shows the configuration of the predicted power generation analysis unit included in the prediction analysis unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram for explaining a configuration and an operation method of a multiplexed artificial neural network which is one of an analysis processing unit of an expected generation amount analysis unit according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 is an exemplary embodiment showing the configuration of a multiplexed artificial neural network.
9 is a conceptual diagram showing the configuration of an influencer analysis unit according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of predicting solar power generation through big data analysis according to an embodiment of the present invention.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.The present invention as described above will be described in detail through the accompanying drawings and embodiments.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, technical terms used in the present invention should be interpreted as meanings generally understood by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs, unless otherwise defined in the present invention. It should not be interpreted as a meaning or an excessively reduced meaning. In addition, when the technical term used in the present invention is a wrong technical term that does not accurately represent the spirit of the present invention, it should be understood as being replaced by a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted as defined in the dictionary or in context before and after, and should not be interpreted as an excessively reduced meaning.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expression used in the present invention includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed to include all of the various components, or various stages, described in the invention, including some of the components or some stages. It may or may not be construed as further comprising additional components or steps.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.Further, terms including ordinal numbers such as first and second used in the present invention may be used to describe elements, but the elements should not be limited by terms. The terms are used only to distinguish one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements will be given the same reference numbers regardless of the reference numerals, and repeated descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention and should not be interpreted as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.

한편, 본 발명에서 언급되는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예들에서 설명되는 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 이러한 서버나 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 서버나 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 서버나 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다. 더불어, 상기 장치는 인터페이스를 통해서 다양한 센서들을 직접 혹은 별도의 드라이버나 센서 제어를 위해 별도로 마련된 하드웨어/소프트웨어 보드나 모듈을 통해서 제어할 수 있으며, 이를 위한 다양한 논리적, 전기적, 광학적 변형들을 모두 포괄할 수 있다.Meanwhile, the apparatus referred to in the present invention may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of a hardware component and a software component. The systems, devices and components described in embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, field programmable arrays (FPAs), PLUs ( It may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as a programmable logic unit, microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. In addition, such a server or device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a server or a device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing. It can be seen that it can contain elements. For example, a server or device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible. In addition, the device can control various sensors directly through the interface or through a separate hardware / software board or module for controlling a separate driver or sensor, and can cover all various logical, electrical, and optical modifications for this purpose. have.

나아가, 본 발명의 실시예들에서 데이터를 수집하기 위한 장치들 및 그 구성요소들은 물리적이고 전기적인 센서들의 정보를 수집하기 위한 하드웨어나 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있으며, 전기적 신호를 수신 및 처리하기 위한 인터페이스, 구동 드라이버, 전원, 제어를 위한 마이크로 콘트롤러, 저장부, 운영체제나 펌웨어를 포함할 수 있고, 필요에 따라 센서들도 포함할 수 있다.Furthermore, in the embodiments of the present invention, devices for collecting data and components thereof may be devices including hardware or software for collecting information of physical and electrical sensors, and receiving and processing electrical signals. Interface, drive driver, power supply, microcontroller for control, storage, operating system or firmware, and sensors as needed.

이하, 본 발명의 실시예들을 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치의 개념적 구성도를 보인 것이다.1 shows a conceptual configuration diagram of a photovoltaic power generation prediction device through big data analysis according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 크게 데이터 수집부(100), 데이터 저장 및 전처리부(200), 예측 분석부(300), 정보 제공부(400)로 구분되는데, 이들은 각각 독립적이거나 연동되는 복수의 장치로 구성될 수 있으므로 실질적으로는 시스템으로서 구성될 수 있으나, 규모에 따라 이들을 처리하는 구성을 단일화 할 수도 있으므로 포괄적 개념으로서 장치로 칭한다. 한편 이러한 구성부들 역시 단일 혹은 복수의 장치들로 구성될 수 있다.As shown, it is largely divided into a data collection unit 100, a data storage and pre-processing unit 200, a prediction analysis unit 300, and an information providing unit 400, each of which may be composed of a plurality of independent or interlocked devices. Since it can be configured as a system in practice, it is also referred to as a device as a comprehensive concept because it is possible to unify the configuration to process them according to the scale. Meanwhile, these components may also be configured as a single device or a plurality of devices.

도시된 구성을 보면, 데이터 수집부(100)는 기상에 관련된 과거, 현재 및 미래에 대한 정보를 포함하는 기상 데이터를 외부 기관으로부터 수집하는 외부 데이터 수집부(110)와, 태양광 발전이 이루어지는 지역 내부에서 얻어지는 다양한 환경 측정 데이터와 태양광 발전 모듈 관찰 영상 데이터를 수집하는 내부 환경 데이터 수집부(120)와, 태양광 발전을 위한 내부 설비에서 발전 상태에 따른 데이터를 수집하는 내부 설비 데이터 수집부(130)를 포함한다.Looking at the illustrated configuration, the data collection unit 100 is an external data collection unit 110 for collecting weather data including information about the past, present and future related to the weather from an external agency, and the area where the photovoltaic power generation is made An internal environmental data collection unit 120 for collecting various environmental measurement data obtained from the inside and observation image data of a solar power module, and an internal facility data collection unit for collecting data according to the power generation state in internal facilities for solar power generation ( 130).

도시된 각 수집부에서 수집하는 데이터들은 도시된 종류들로 한정되지 않으며 도시되지 않은 더 많은 데이터들을 수집할 수 있고, 이들 중 일부는 사용하지 않을 수도 있다.Data collected by each illustrated collection unit is not limited to the illustrated types, and more data not illustrated may be collected, and some of them may not be used.

데이터 저장 및 전처리부(200)는 데이터 수집부(100)에서 수집된 데이터를 주기적으로 저장하고, 수집된 데이터를 발전량 예측 분석을 위한 영향인자로 사용할 수 있도록 가공하는 기능을 수행하는데, 이를 위해서 데이터 수집부(100)의 각 수집부(110, 120, 130)와 연동하여 데이터를 수신하고 이를 필요에 따라 저장하거나 전송하는 저장 서버(210)와, 저장 서버(210)가 제공하는 데이터를 저장하며 필요에 따라 다른 태양광 발전량 예측 장치들과 공유할 수 있는 원격 공유 저장부(220)와, 원격 공유 저장부(220)에 저장된 데이터나 저장 서버(210)가 제공하는 데이터를 수신하거나 검색하여 태양광 발전 예측 분석의 입력, 즉 영향인자로 사용할 수 있도록 가공하는 전처리를 수행하는 데이터 전처리부(230)를 포함한다. The data storage and pre-processing unit 200 periodically stores data collected by the data collection unit 100 and processes the collected data so that it can be used as an influencer for predicting power generation. In conjunction with each collection unit (110, 120, 130) of the collection unit 100 stores the data provided by the storage server 210 and the storage server 210, which receives and stores or transmits the data as needed, If necessary, the remote shared storage unit 220 that can be shared with other photovoltaic power generation prediction devices and data stored in the remote shared storage unit 220 or data provided by the storage server 210 is retrieved or searched for the sun. And a data pre-processing unit 230 that performs pre-processing to be used as an input for photoelectric power generation prediction analysis, that is, to be used as an influence factor.

예측 분석부(300)는 태양광 발전량 예측을 위하여 학습 방식과 통계 방식을 포함하는 복수의 분석 방식과 각 분석 방식에서 사용할 파라미터를 정의하는 핵심 기법 관리부(310)와, 정의된 파라미터를 상세 분석 설정에 따라 변동하는 일반 기법 관리부(320)와, 분석 목표에 따라 사용할 분석 방식과 파라미터를 관리하는 모듈 관리부(330)와, 정의 및 변동된 파라미터로 복수의 분석 방식으로 분석 과정을 수행하는 예상 발전량 분석부(340)와, 분석을 수행할 때마다 분석에 사용되는 영향인자를 분석하여 그 영향도를 판단하고 가중치를 재설정하여 후속 분석에 반영되도록 하는 영향인자 분석부(350)를 포함한다. 이러한 각 구성부들에 관해서는 이후 도 3 내지 도 9를 통해 상세히 설명하도록 한다.The predictive analysis unit 300 sets a plurality of analytical methods including a learning method and a statistical method for predicting the amount of photovoltaic power generation, and a key technique management unit 310 that defines parameters to be used in each analysis method, and a detailed analysis setting of the defined parameters The general technique management unit 320 that varies according to the analysis, the module management unit 330 that manages the analysis method and parameters to be used according to the analysis target, and the expected generation amount analysis that performs the analysis process in a plurality of analysis methods with defined and changed parameters The unit 340 includes an impact factor analysis unit 350 that analyzes an influence factor used in the analysis every time the analysis is performed, determines its impact level, and resets the weight to be reflected in the subsequent analysis. Each of these components will be described in detail later with reference to FIGS. 3 to 9.

정보 제공부(400)는 예측 분석부(300)의 각 분석 방식에 따른 예상 발전량 정보와 영향인자 분석 정보를 제공하는 예상 발전량 정보 제공부(420)와 예상 발전량 정보나 영향인자 분석 정보를 어떻게 사용자에게 제공할 것인지를 설정하고 그 설정에 따라 사용자에게 제공하도록 하는 사용자 UX부(410)를 포함한다. 물론, 사용자에게 제공하기 위한 다양한 시각적, 청각적 인터페이스 구성을 포함할 수 있다. How the information providing unit 400 uses the predicted generating amount information providing unit 420 and the predicted generating amount information or the impact factor analysis information to provide the predicted generation amount information and the impact factor analysis information according to each analysis method of the predictive analysis unit 300 It includes a user UX unit 410 to set whether or not to provide to the user according to the setting. Of course, it may include various visual and audible interface components for providing to the user.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 저장 및 전처리부의 구성을 보인 것이다. 2 shows a configuration of a data storage and preprocessing unit according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 저장 서버(210)는 태양광 발전 관련 데이터를 데이터 수집부(100)로부터 수집하는데, 이러한 데이터 수집부(100)는 개념적으로 외부 기상 데이터를 얻기위한 기상청 API 모듈, 일사량 센서, 외기 온도 센서, 모듈 온도 센서, 습도 센서, 패널의 오염과 이상을 검출하기 위한 영상 데이터를 제공하는 카메라, 모듈 발전량 센서, 인버터 발전 정보를 제공하는 인버터를 포함한다. 여기서 각 센서들과 카메라, 인버터는 이들을 직접 구성요소로서 포함하고 있다는 의미라기 보다는 이들로부터 정보를 수집하는 수집부를 포함하고 있다는 것으로 간주되어야 한다. 한편, 모듈 발전량 센서로부터는 태양광 발전 모듈의 순시전압, 순시전력값 등을 수집할 수 있고, 인버터로부터는 일누적 생산량, 직류 총전력, 직류 평균 전력, 직류 평균 전압 등을 수집할 수 있다.As shown, the storage server 210 collects data related to photovoltaic power generation from the data collection unit 100, and this data collection unit 100 is a meteorological agency API module, solar radiation sensor, and outdoor air for conceptually obtaining external weather data. It includes a temperature sensor, a module temperature sensor, a humidity sensor, a camera that provides image data for detecting contamination and abnormality of a panel, a module power generation sensor, and an inverter that provides inverter power generation information. Here, it should be considered that each sensor, camera, and inverter includes a collection unit that collects information from them, rather than that it is included as a direct component. Meanwhile, the instantaneous voltage and the instantaneous power value of the photovoltaic module can be collected from the module power generation sensor, and the cumulative production, DC total power, DC average power, and DC average voltage can be collected from the inverter.

도시된 저장 서버(210)는 주기적으로(도시된 실시예에서는 1분 단위) 수집 데이터를 원격 공유 저장부(220)에 저장하거나 통신부를 통해 데이터 전처리부(230)에 전송할 수 있다. 실질적으로 하나의 태양광 발전소에서 생성되는 각종 환경 데이터나 설비 데이터는 지속적인 데이터 생성이 이루어진다는 점에서 저장 서버(210)는 데이터를 수집하여 그 종류를 분석하고 저장 위치를 지정하며 일부 정보를 데이터 전처리부(230)에 제공하는 일반적인 데이터베이스 서버의 기능외에도 누적에 따라 데이터량이 폭증하는 방대한 수집 데이터를 처리하기 위한 분산 처리 아키텍처(예컨대 하둡이나 스파크 등)를 지원하는 분산처리 서버의 기능을 포함한 것일 수 있다.The illustrated storage server 210 may periodically (in the illustrated embodiment, one minute unit) store the collected data in the remote shared storage unit 220 or transmit it to the data preprocessing unit 230 through the communication unit. The storage server 210 collects data, analyzes its type, designates a storage location, and pre-processes some information in that various environmental data or facility data generated in one solar power plant is continuously generated. In addition to the functions of the general database server provided to the unit 230, it may include a function of a distributed processing server that supports a distributed processing architecture (for example, Hadoop or Spark, etc.) for processing vast collection of data whose data volume increases exponentially according to accumulation. .

공유 저장부(220)는 저장 서버(210)가 제공하는 환경 데이터나 설비 데이터를 저장하는데 그 정보가 방대하다는 점에서 분산 저장부의 형태를 가지거나 클라우드 저장부의 형태를 가질 수 있으며, 필요에 따라 하나의 태양광 발전소 저장 서버(210)가 아닌 다른 태양광 발전소를 위한 태양광 발전량 예측 장치들의 저장 서버들과 연동되어 데이터를 통합 저장할 수도 있다.The shared storage unit 220 may store environment data or facility data provided by the storage server 210, and may take the form of a distributed storage unit or a cloud storage unit in that the information is vast, and may be in the form of one if necessary. It is also possible to integrate and store data in conjunction with storage servers of photovoltaic power generation prediction devices for a solar power plant other than the solar power plant storage server 210 of.

데이터 전처리부(230)는 저장 서버(210)나 원격 공유 저장부(220)에 저장된 데이터를 획득하여 이러한 데이터를 태양광 발전량 예측을 위한 입력 정보, 즉 영향인자로 사용할 수 있도록 노이즈 제거, 데이터 정규화, 포맷의 변경 중 적어도 하나 이상을 수행할 수 있다.The data pre-processing unit 230 obtains data stored in the storage server 210 or the remote shared storage unit 220, and removes noise and normalizes the data so that the data can be used as input information for predicting solar power generation, that is, as an influence factor , At least one of the format changes may be performed.

본 발명의 실시예에서 예측 분석부(300)에는 크게 분석 기법들을 체계적으로 관리하기 위한 기법 관리 구성들(310, 320, 330)과 실질적으로 예상 발전량을 분석하기 위한 복수의 분석 처리부들이 포함된 예상 발전량 분석부(340) 및 예상 발전량 분석에 사용된 영향인자를 분석하고 가중치를 변경하는 영향인자 분석부(350)를 구비한다.In an embodiment of the present invention, the prediction analysis unit 300 is largely composed of technique management components 310, 320, 330 for systematically managing analysis techniques, and a plurality of analysis processing units for substantially analyzing expected power generation. It includes a power generation analysis unit 340 and an influence factor analysis unit 350 for analyzing an influence factor used in analyzing the expected generation amount and changing a weight.

먼저, 예측 분석부(300)의 기법 관리 구성들을 도 3을 참조하여 설명한다.First, the technique management configurations of the prediction analysis unit 300 will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예측 분석부에 포함된 기법 관리 구성들의 처리 내용을 개념적으로 보인 것으로, 도시된 바와 같이 복수의 분석 방식과 각 분석 방식에서 사용할 파라미터를 정의하는 핵심 기법 관리부(310)와 핵심 기법 관리부에서 정의된 파라미터를 상세 분석 설정에 따라 변동하는 일반 기법 관리부(320) 및 분석 목표에 따라 일반 기법을 그룹으로 관리하는 모듈 관리부(330)가 계층적으로 구성되어 있다. 이러한 계층적 구성을 통해서 복수의 태양광 발전량 예측 방식들을 효과적으로 관리할 수 있고, 영향인자의 변화(환경 변화에 따라 영향력이 큰 영향인자를 구분하고 변화된 가중치를 반영하는 등)에 효과적으로 대응할 수 있으며, 상황에 따라 적절한 분석 방식이나 분석 방식들을 선택하거나 그 상세 분석 조건 등을 설정할 수 있음과 아울러 상황에 따른 분석 그룹 등을 모듈(그룹으로 설정되는 분석 방식과 설정 등의 모듈)로서 관리할 수도 있다.FIG. 3 conceptually shows the processing contents of the technique management components included in the prediction analysis unit according to an embodiment of the present invention, and as shown, a core technique management unit defining a plurality of analysis methods and parameters to be used in each analysis method ( 310) and the general technique management unit 320 that changes the parameters defined in the core technique management unit according to the detailed analysis setting and the module management unit 330 that manages the general technique as a group according to the analysis goal. Through this hierarchical configuration, it is possible to effectively manage a plurality of solar power generation prediction methods, and to effectively respond to changes in influence factors (such as classifying influence factors with high influence according to environmental changes and reflecting changed weights), Depending on the situation, appropriate analysis methods or analysis methods can be selected or detailed analysis conditions can be set, and analysis groups according to situations can be managed as modules (modules such as analysis methods and settings set in a group).

핵심 기법 관리부(310)는 태양광 발전량 예측을 위한 기본적인 분석 기법을 정의하는데, 지도학습/비지도학습/반지도학습/강화학습/앙상블 등의 기계학습 유형과 일반통계적 분석 유형 등을 정의하는 학습유형 정의 기능과, 회귀분석/분류분석/군집분석 등을 정의하는 분석유형 정의 기능 및 수집된 데이터들을 정의된 학습 유형과 분석 유형에서 파라미터로 활용할 수 있는 파라미터 정의기능을 제공한다. The core technique management unit 310 defines basic analysis techniques for predicting the amount of photovoltaic power generation, learning to define machine learning types such as supervised learning / unsupervised learning / semi-supervised learning / strong learning / ensemble and general statistical analysis types. It provides a type definition function, an analysis type definition function that defines regression / classification / cluster analysis, and a parameter definition function that can utilize collected data as parameters in the defined learning type and analysis type.

일반 기법 관리부(320)는 앞서 핵심 기법에서 정의된 예측 기법의 파라미터를 변동하여 다양한 기법으로 상세 분류하는 기능을 제공하며, 이를 위해 핵심 기법과 일반 기법을 연동(핵심 기법 중 선택된 핵심 기법을 이용하는 구체적인 분석 방식을 일반 기법으로 정의)하고, 일반 기법 파라미터를 정의하는 기능을 제공한다. The general technique management unit 320 provides a function to classify the parameters of the prediction technique defined in the core technique into various techniques in detail, and for this purpose, interlocks the core technique and the general technique (details using the core technique selected from the core techniques) It provides the function to define the analysis method as a general technique) and to define general technique parameters.

모듈 관리부(330)는 예측 또는 분석하고자 하는 목표 값을 기준으로 다양한 일반기법을 그룹으로 설정 및 관리하는 것이 주요 기능이며, 보조적 기능으로는 일반기법 별 예측 주기/모델 갱신 주기/사용여부 등과 같은 분석업무의 일정을 설정할 수 있고, 입력 및 출력 대상 태그 또한 설정할 수 있는 기능을 제공한다. The module management unit 330 is a main function that sets and manages various general techniques as a group based on a target value to be predicted or analyzed, and as an auxiliary function, analysis such as a prediction period / model update period / usability by general technique It provides a function to set the schedule of work and to set tags for input and output.

즉, 이와 같이 분석의 핵심이 되는 기본 분석 방식들을 핵심 기법으로 관리하고, 핵심 기법을 특정한 분석 조건으로 구체화한 일반 기법을 관리하며, 이러한 일반 기법들을 그룹으로 설정하여 관리하는 모듈 관리가 계층적으로 이루어지게 되므로 일관적이며 변형이 자유롭고 필요한 핵심 기법을 추가하거나 일반 기법을 추가하는데 유연한 구조를 제공할 수 있다. In other words, the module management that manages the basic analysis methods that are the core of the analysis as the core technique, manages the general technique that materializes the core technique as specific analysis conditions, and sets and manages these general techniques as a group hierarchically. Because it is done, it is consistent, free of modification, and can provide a flexible structure to add necessary core techniques or general techniques.

예측 분석부(300)는 이와 같은 기법 관리 구성들에 의해 관리되는 구체적인 일반 기법들을 실제 수행하여 태양광 발전량을 예측하는 복수의 분석 처리부들이 포함된 예상 발전량 분석부(340)를 포함한다. 도 4에 도시한 바와 같이 예상발전량 분석부(340)는 실질적으로 기법 관리 구성들에서 정의된 분석 방식과 파라미터를 이용하여 실제 분석을 수행할 여러 분석 처리부들이 존재하는데, 알려져 있는 다양한 통계 분석에서 기계학습 방식들을 포함하는 여러 분석 처리부들이 존재할 수 있다.The predictive analysis unit 300 includes a predicted generation amount analysis unit 340 including a plurality of analysis processing units for actually predicting solar power generation by actually performing specific general techniques managed by such technique management configurations. As illustrated in FIG. 4, the predicted power generation analysis unit 340 has various analysis processing units that perform actual analysis using analysis methods and parameters substantially defined in technique management configurations. There may be several analysis processing units including learning methods.

본 발명의 실시예에서는 적어도 태양광발전에 적용되는 핵심 예측분석 기술로 회귀분석을 이용하는 분석 처리부와, 다중복합 인공신경망을 활용한 분석 처리부를 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, at least a core prediction analysis technology applied to photovoltaic power generation may include an analysis processing unit using regression analysis and an analysis processing unit utilizing a multiplexed artificial neural network.

먼저, 회귀분석을 통한 분석 처리부는 회귀분석을 통한 기계학습을 수행하는데, 예시적인 기계학습 함수는 다음의 수학식 1과 같다.First, the analysis processing unit through regression analysis performs machine learning through regression analysis, and an exemplary machine learning function is as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 x는 입력변수(독립 변수)로 수집되는 외부 수집데이터, 내부 수집데이터(환경 데이터, 설비 데이터)를 포함하고 있으며 y는 출력변수(종속 변수)로 예측발전량이다. Here, x includes external collected data and internal collected data (environmental data, facility data) collected as input variables (independent variables), and y is predicted power generation as output variables (dependent variables).

예컨대, 이러한 회귀분석에 사용되는 독립변수 x는 일사량, 모듈온도, 태양고도 등을 활용할 수 있으며 그 외에도 다양한 변수의 조합으로 태양광 발전량 예측이 가능하다. For example, the independent variable x used in the regression analysis can utilize solar radiation, module temperature, solar altitude, etc. In addition, it is possible to predict solar power generation by combining various variables.

한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 핵심 예측분석 기술 중 다른 하나는 다중복합 인공신경망을 활용한 분석 처리부로서, 도 5 내지 도 8을 참고하여 설명한다.On the other hand, another of the core predictive analysis techniques used in the embodiments of the present invention is an analysis processing unit utilizing a multiplexed artificial neural network, which will be described with reference to FIGS. 5 to 8.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예상 발전량 분석부의 분석 처리부 중 하나인 다중복합 인공신경망의 구성 및 동작 방식을 설명하기 위한 개념도로서, 정량화된 수집 데이터를 기반으로 하는 다른 종류의 분석 방식과 달리 도시된 다중복합 인공신경망의 경우 태양광 발전 모듈의 오염이나 이상을 확인하기 위한 카메라 영상을 분석하여 모듈의 오염도를 판단하고 이를 반영하여 태양광 발전량을 예측하도록 한다.FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the configuration and operation method of the multiplexed artificial neural network, which is one of the analysis processing units of the predicted power generation analysis unit according to an embodiment of the present invention, unlike other types of analysis methods based on quantified collection data. In the case of the illustrated multi-complex artificial neural network, the camera image for checking the pollution or abnormality of the photovoltaic power generation module is analyzed to determine the pollution degree of the module and reflect it to predict the amount of photovoltaic power generation.

도시된 바와 같이 예상 발전량 분석부(340)에 포함된 다중복합 인공신경망 분석 처리부(340a)는 데이터 수집부(100)의 카메라로부터 수집되어 데이터 저장 및 전처리부(200)에 저장 및 전처리된 태양광 발전 모듈의 패널 이미지 정보로부터 오염 상태 정보를 출력하는 신경망 오염도 측정부(341a)와, 역시 데이터 수집부(100)의 센서들로부터 수집되어 데이터 저장 및 전처리부(200)에 저장 및 전처리된 일사량 및 모듈 온도와, 시스템 기준 정보(위도, 경도, 시간)로부터 얻어지는 태양 고도 정보를 포함하는 정량화된 발전 관련 정보 및 신경망 오염도 측정부(341a)에서 출력된 오염 상태 정보(오염도)를 입력으로 하여 예상 발전량을 출력하는 신경망 발전량 예측부(342a)를 포함한다.As illustrated, the multiplexed artificial neural network analysis processing unit 340a included in the predicted power generation analysis unit 340 is collected from the camera of the data collection unit 100 and stored and pre-processed in the data storage and pre-processing unit 200 The neural network pollution level measuring unit 341a which outputs the pollution state information from the panel image information of the power generation module, and the amount of solar radiation collected and pre-processed in the data storage and preprocessing unit 200 collected from sensors of the data collection unit 100, and Estimated amount of power generated by inputting module temperature, quantified power generation related information including solar altitude information obtained from system reference information (latitude, longitude, time) and pollution state information (contamination degree) output from the neural network pollution level measuring unit 341a. It includes a neural network power generation prediction unit (342a) for outputting.

즉, 다중복합 인공신경망 분석 처리부(340a)는 모듈 이미지를 분석하여 오염도를 출력하는 제 1 신경망과 오염도 및 정량화된 태양광 발전량 관련 정보를 이용하여 예상 발전량을 출력하는 제 2 신경망이 복합적으로 구성된 것이다.That is, the multiplexed artificial neural network analysis processing unit 340a is composed of a first neural network that analyzes a module image and outputs a pollution level, and a second neural network that outputs an expected power generation amount using information related to the pollution level and quantified solar power generation. .

여기서, 이미지를 분석하는 제 1 신경망은 이미지 분석에 최적화된 딥러닝 인공 신경망(예컨대 CNN(Convolutional neural network) 기반 신경망)을 이용하고, 정량화된 정보를 이용하여 예상 발전량을 출력하는 제 2 신경망은 수치 분석에 최적화된 신경망을 이용할 수 있다.Here, the first neural network for analyzing an image uses a deep learning artificial neural network (for example, a convolutional neural network (CNN) -based neural network) optimized for image analysis, and the second neural network for outputting an expected amount of generation using quantified information is a numerical value. Neural networks optimized for analysis can be used.

도 6은 신경망 오염도 측정부(341a)를 구성하는 이미지 분석에 최적화된 딥러닝 인공 신경망으로서 CNN 구성을 보인 것이다. 물론, CNN이 이미지 분석에 최적화되어 있는 딥러닝 방식으로 알려져 있으나 이를 기반으로 하는 개선 구성이나 변형들이 등장하고 있으므로 이러한 새로운 딥러닝 방식을 채택할 수 있으며 이는 앞서 설명한 핵심기법 관리부(310)와 일반 기법 관리부(320)를 통해 등록 및 구체화한 후 이용할 수 있다.6 shows a CNN configuration as a deep learning artificial neural network optimized for image analysis constituting the neural network contamination measurement unit 341a. Of course, CNN is known as a deep learning method that is optimized for image analysis, but since there are improvements or variations based on it, this new deep learning method can be adopted, which is the core technique management unit 310 and general techniques described above. It can be used after registration and specification through the management unit 320.

도시된 바와 같이 태양광 발전 모듈(특히, 패널)의 전처리된 이미지에서 대상 영역을 선택하여 필터(C1)를 통해 콘볼루션 연산을 적용하고 활성화 함수를 적용한 후 풀링(S2)과정을 거치고, 다시 필터(C3)를 통해 콘볼루션 연산을 적용하고 활성화 함수를 적용한 후 풀링(S4) 과정을 거쳐 구성한 특징맵을 분류기에 해당하는 신경망 학습부(오염도 측정 모델)를 통해서 학습시켜 오염도를 출력할 수 있다. As shown, select the target area from the pre-processed image of the photovoltaic module (especially the panel), apply the convolution operation through the filter (C1), apply the activation function, go through the pooling (S2) process, and filter again After applying the convolution operation through (C3) and applying the activation function, the feature map constructed through the process of pooling (S4) can be learned through the neural network learning unit (pollution measurement model) corresponding to the classifier to output the pollution level.

여기서, 콘볼루션을 수행하고 풀링하는 과정을 묶어서 계층(layer)으로 보는데 도시된 예시는 2계층만 적용된 것인데, 필요에 따라 이를 여러 계층으로 적층할 수 있고 계층의 수가 많아질 수록 더 높을 성능을 제공할 수 있다. 따라서, 도시된 예시의 이미지 픽셀수와 필터의 크기, 풀링의 크기는 예시적인 것일 뿐 다양하게 변경될 수 있다.Here, the convolution and pooling process is grouped and viewed as a layer. The illustrated example is only applied to two layers. If necessary, it can be stacked into multiple layers, and the higher the number of layers, the higher the performance. can do. Accordingly, the number of image pixels in the illustrated example, the size of the filter, and the size of the pooling are merely exemplary and may be variously changed.

도 7은 도 6에 도시된 신경망 학습부(오염도 측정 모델)의 구성을 좀 더 상세히 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 앞서 S4 계층을 통해서 출력되는 n×m 행렬의 FCV[1,1]~FCV[n,m]은 CNN을 통해 모듈 이미지로부터 추출된 특징 정보이며 이러한 입력이 완전접속(fully connected) 네트워크로 구성되는 은닉층(hidden layer)에 제공되면 그 결과 출력(y)으로서 오염도를 제공한다.FIG. 7 shows the configuration of the neural network learning unit (contamination measurement model) shown in FIG. 6 in more detail, and as shown, FCV [1,1] to FCV [of the n × m matrix output through the S4 layer as shown in FIG. n, m] is feature information extracted from the module image through CNN, and when this input is provided to a hidden layer composed of a fully connected network, as a result, it provides pollution degree as output y.

출력 계층에서, RC는 모듈의 실제 전류(Real Current)를 의미하고, TIP는 모듈의 이론적 순간 전력(theoretical instant power), RV는 모듈의 실제 전압(Real Voltage)을 의미한다. 이러한 은닉층의 뉴런 수량을 통해서 학습률 및 배치사이즈, 학습횟수 등을 정의할 수 있다.At the output layer, RC stands for the module's real current, TIP stands for the module's theoretical instant power, and RV stands for the module's real voltage. Through the number of neurons in the hidden layer, the learning rate, the batch size, and the number of learning can be defined.

이와 같이, 태양광 발전 모듈을 촬영한 이미지를 통해서 모듈의 오염도를 이론적 출력과 실제 출력 간의 관계를 통해 1보다 작은 값으로 제공할 수 있으며 오염도가 높은 경우 더 큰 값을 나타내게 된다.As described above, the pollution level of the module may be provided as a value less than 1 through a photographed image of the photovoltaic power generation module, and a higher value may be displayed when the pollution degree is high.

도 8은 도 5에 나타낸 신경망 발전량 예측부(342a)의 구성을 보인 것으로, 도시된 구성은 앞서 신경망 오염도 측정부(341a)에 적용된 오염 측정 모델(Contamination Measurement Model:CMM)을 통해 얻어진 오염도(C)와 일사량 센서를 통해 얻어진 일사량(Real Radiation(W/㎡))(RR), 모듈 온도 센서를 통해 얻어진 모듈의 온도(Real Module Temperature(℃))(RMT), 시스템 기준 정보를 이용하여 얻은(룩업 테이블 확인이나 외부 정보 확인 등) 태양 고도(Sun Azimuth Angle(°))(SAA)를 입력(X, 학습 데이터)으로 하여 완전접속(fully connected) 네트워크로 구성되는 은닉층(hidden layer)으로 모델링된 순간 전력 예측 모델 신경망을 통해서 예상 태양광 발전량을 출력한다. 출력(Y)으로 제공되는 RIP는 예측된 모듈의 평균 순간 전력을 의미한다. 이러한 은닉층의 뉴런 수량을 통해서 학습률 및 배치사이즈, 학습횟수 등을 정의할 수 있다.FIG. 8 shows the configuration of the neural network power generation predictor 342a illustrated in FIG. 5, and the illustrated configuration is the pollution degree C obtained through the pollution measurement model (CMM) applied to the neural network pollution measurement unit 341a. ) And solar radiation obtained through solar radiation sensor (Real Radiation (W / ㎡)) (RR), module temperature obtained through module temperature sensor (Real Module Temperature (℃)) (RMT), obtained using system reference information ( Modeled as a hidden layer consisting of a fully connected network using Sun Azimuth Angle (°) (SAA) as input (X, learning data) Instantaneous power prediction model Outputs the estimated amount of solar power generated through the neural network. The RIP provided as the output (Y) means the average instantaneous power of the predicted module. Through the number of neurons in the hidden layer, the learning rate, the batch size, and the number of learning can be defined.

태양광 발전량 예측의 경우 실시간으로 지속 출력하는 것이 중요한 것이 아니라 비교적 느리게 변화되는 환경 변화에 대응하여 태양광 발전량을 정확하게 예측하는 것이 중요한 것이기 때문에 도 5 내지 도 8을 통해 설명한 다중복합 인공신경망 분석 처리부(340a)와 같은 복합적인 신경망을 적용하여 실질적으로 숙련자가 게속하여 집중해야만 판단할 수 있으며 상황에 따라 판단의 편자가 큰 이미지를 통한 모듈의 오염도 확인을 빅데이터를 기반으로 수행하므로, 시간이 지날수록 그 오염도를 더 정확하게 판단할 수 있게되며 더 정확해지는 패널 오염도를 반영한 신경망으로 발전량을 예측하므로 그 적중률은 첨차 높아지게 된다. In the case of predicting the amount of photovoltaic power generation, it is not important to continuously output in real time, but it is important to accurately predict the amount of photovoltaic power generation in response to a relatively slowly changing environment. By applying a complex neural network such as 340a), it can be judged only by a skilled practitioner and focusing on it. Depending on the situation, the decision maker can check the contamination level of the module through a large image based on big data. The pollution level can be judged more accurately, and the generation rate is predicted by the neural network that reflects the more accurate panel pollution level.

이제 본 발명의 실시예의 예측 분석부(300)에 구성되어 예상 발전량 분석에 사용된 영향인자를 분석하고 가중치를 변경하는 영향인자 분석부(350)를 설명하도록 한다.Now, it is configured in the prediction analysis unit 300 of the embodiment of the present invention, and the influencer analysis unit 350 for analyzing the influence factor used in the expected generation amount analysis and changing the weight will be described.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영향인자 분석부의 구성을 보인 개념도이다. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of an influencer analysis unit according to an embodiment of the present invention.

앞서 설명했던 바와 같이 태양광 발전량 예측의 경우 비교적 느리지만 다양한 변화 요인들이 가변적으로 적용되는 환경 변화에 대응하여 태양광 발전량을 정확하게 예측하는 것이 중요한 것이며, 이는 단순히 분석 방식들을 여러 종류로 사용한다고 하여 적중률이 높아지는 것이 아니다. As described above, it is important to accurately predict the amount of photovoltaic power generation in response to an environmental change in which various changes are applied variably in the case of predicting photovoltaic power generation, but this is simply because several types of analysis methods are used. It is not going to be high.

즉, 환경의 변동에 따라 발전량에 영향을 미치는 요인이 일사량인지, 태양 고도인지, 외기 온도인지, 습도인지, 모듈의 오염도인지, 모듈의 온도인지, 예상되는 기상 변화인지, 혹은 모듈 이상이나 발전량에 따른 인버터 효율 저하인지, 이들 중 어떠한 것이 주요 원인이 되는 지는 환경에 따라 변화하게 된다. 따라서, 각종 분석 방식들에 적용되는 파라미터나 가중치 등이 적합한 것인지에 대한 끊임 없는 확인과 재조정이 필요하다.That is, whether the factors affecting the amount of power generated by changes in the environment are solar radiation, solar altitude, ambient temperature, humidity, module contamination, module temperature, expected weather change, or module abnormality or power generation Depending on the environment, whether the inverter efficiency decreases or which of these is the main cause is changed depending on the environment. Therefore, it is necessary to constantly check and re-adjust whether parameters or weights applied to various analysis methods are suitable.

나아가 본 발명의 실시예에 따른 데이터 수집부는 실시간 비정형 데이터를 수집하기 때문에 데이터가 많아질수록 학습을 위한 많은 연산으로 데이터의 오차, 소실 등의 문제가 발생할 수 있다. Furthermore, since the data collection unit according to an embodiment of the present invention collects real-time unstructured data, as data increases, problems such as error or loss of data may occur due to many calculations for learning.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 영향인자 분석부(350)는 예측량과 영향인자와의 상관관계 및 가중치 등을 분석하게 되는데, 도시된 바와 같이 영향인자를 수집하는 영향인자 수집부와, 태양광 발전량 예측 결과를 분석하는 예측 분석부와, 예측 분석부의 정확도를 판단하는 영향인자 정확도 판단부와, 기계학습 방식의 분석이 이루어질 때마다 분석에 사용되는 학습 데이터 세트를 교차 검증하는 교차 검증부와, 각 영향인자들의 발전량 기여 가중치를 결정하는 가중치 결정부와, 각 영향인자별 추론 확률을 구하여 영향도를 판단하는 영향력 판단부를 포함하는 영향인자 분석부를 포함할 수 있다.Therefore, the influencer analysis unit 350 according to an embodiment of the present invention analyzes the correlation and weight of the predicted amount and the influencer, as shown in the figure, the influencer collection unit for collecting the influencer, and the photovoltaic A prediction analysis unit for analyzing the power generation prediction result, an influence factor accuracy determination unit for determining the accuracy of the prediction analysis unit, a cross-validation unit for cross-validating a set of learning data used for analysis whenever a machine learning method analysis is performed, It may include an influencer analysis unit including a weight determination unit for determining the weighted contribution weight of each influencer, and an influence determination unit for determining an influence degree by obtaining an inference probability for each influencer.

여기서, 예측 분석부와 정확도 판단부 및 교차 검증부는 예를 들어, 기계 학습 방식의 태양광 발전량 예측 분석이 수행될 때마다 기계 학습 데이터 세트를 K-fold 크로스 밸리데이션 분리 방법으로 설정된 정확도 이상의 값이 나올때까지 기계학습을 진행하여 영향인자의 가중치를 검증할 수 있다.Here, the predictive analysis unit, the accuracy determination unit, and the cross-validation unit, for example, whenever a machine learning-type photovoltaic power generation predictive analysis is performed, the machine learning data set has a value higher than the accuracy set by the K-fold cross-validation separation method. Until then, machine learning can be performed to verify the weight of the influencer.

한편, 가중치 결정부는 상호정보량(Mutual Infotmation)을 통해 각 영향인자들의 발전량 기여 가중치를 결정할 수 있으며, 영향력 판단부는 랜덤 포레스트(Random forest) 방식으로 각 영향인자별 추론 확률을 구하여 영향도를 판단할 수 있다. On the other hand, the weight determining unit can determine the weight of each influencer's power generation contribution through mutual information (Mutual Infotmation), and the influence determination unit can determine the degree of influence by obtaining the inference probability for each influencer in a random forest method. have.

이러한 과정을 통해서 얻어지는 영향인자의 변경되는 가중치는 후속 분석에 반영되도록하는 것(핵심기법 관리부의 파라미터 설정, 일반 기법 관리부의 파라미터 설정)이 바람직하며, 이러한 영향인자에 대한 발전량 기여도나 영향도를 가변하므로 다양한 환경 변화에 적절하게 대응할 수 있고, 이렇게 분석된 영향인자에 대한 정보를 예상 발전량과 함께 정보 제공부(400)에 제공함으로써 관리자의 적절한 판단을 위한 기본 정보로서 활용될 수 있다.It is desirable to change the weights of the influence factors obtained through these processes in subsequent analysis (parameter setting of the core technique management department, parameter setting of the general technique management department), and the contribution or influence of the generation amount to these influencers is variable. Therefore, it is possible to appropriately respond to various environmental changes, and by providing the information on the analyzed impact factor to the information providing unit 400 together with the expected generation amount, it can be used as basic information for the manager's proper judgment.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 방법을 보인 순서도로서, 도시된 바와 같이 기상 데이터, 환경에 대한 측정 데이터, 발전 상태 데이터 및 태양광 발전 모듈 관찰 영상 데이터를 포함하는 태양광 발전 관련 데이터를 수집하여 저장 및 전처리하는 단계를 포함한다.10 is a flowchart showing a method of predicting solar power generation through big data analysis according to an embodiment of the present invention, as shown, weather data, measurement data for the environment, power generation status data, and solar power module observation image data And collecting, storing, and pre-processing the photovoltaic power generation-related data.

이후, 태양광 발전량 예측을 위하여 학습 방식과 통계 방식을 포함하는 복수의 분석 방식과 각 분석 방식에서 사용할 파라미터를 정의하고, 정의된 파라미터를 상세 분석 설정에 따라 변동하며, 분석 목표에 따라 사용할 분석 방식과 파라미터를 관리하는 단계를 포함한다. 만일 이전 발전량 예측에 대한 분석으로 영향인자에 대한 가중치가 변경되고 영향도가 높은 영향인자가 결정되면 그에 적합한 분석 방식과 파라미터 변경을 수행할 수 있다.Thereafter, a plurality of analysis methods including a learning method and a statistical method for predicting the amount of photovoltaic power generation, and parameters to be used in each analysis method are defined, and the defined parameters are changed according to detailed analysis settings, and an analysis method to be used according to the analysis goal And managing parameters. If the weight of the influencer is changed and the influencer with high impact is determined through the analysis of the previous generation forecast, an appropriate analysis method and parameter change can be performed.

이후, 정의 및 변동된 파라미터로 복수의 분석 방식으로 분석 과정을 수행하는 발전량 예측 단계를 수행하는데, 본 발명의 실시예에서 다중복합 인공신경망 발전량 예측은 신경망을 통한 모듈 오염도를 산출하고 오염도를 포함하는 발전 관련 데이터를 이용하여 신경망 기반 발전량을 예측할 수 있어 발전량 예측에 중요한 요인이 되는 오염도를 비정형 정보인 모듈 이미지로 부터 산출할 수 있으며 이를 적극적으로 활용할 수 있다.Thereafter, a power generation prediction step of performing an analysis process by a plurality of analysis methods with defined and changed parameters is performed. In the embodiment of the present invention, the multi-generation artificial neural network power generation prediction calculates module contamination through a neural network and includes contamination. By using power generation-related data, it is possible to predict the amount of power generation based on neural networks, so that the pollution level, which is an important factor in power generation prediction, can be calculated from module images, which are unstructured information, and can be actively utilized.

그 외에 회귀분석 발전량 예측, 통계 모델을 통한 발전량 예측, 심층 인공 신경망 분석 등의 다른 분석 방식들을 이용한 예측 분석 처리를 수행하는 단계를 포함하며, 다중복합 인공신경망 발전량 예측과 병렬적으로 수행될 수 있다.In addition, it includes a step of performing predictive analysis processing using other analysis methods such as regression analysis power generation prediction, statistical model power generation prediction, deep artificial neural network analysis, etc., and can be performed in parallel with the multiplexed artificial neural network power generation prediction. .

이상과 같이 얻어진 예상 발전량 정보들을 정보 제공부를 통해서 관리자나 사용자에게 다양한 시각정보나 청각 정보 등으로 제공하는 단계를 포함한다. And providing the predicted power generation information obtained as described above to a manager or a user through various information or auditory information through the information providing unit.

더불어, 분석을 수행할 때마다 영향인자에 대한 성능 평가, 가중치 결정, 영향도 판단 등을 수행하며, 그에 따라 재설정된 가중치나 영향인자의 영향도 정보를 후속 분석에 반영되도록 하는 단계를 포함한다. 해당 영향인자에 대한 분석 정보 역시 정보 제공부를 통해서 관리자나 사용자에게 제공될 수 있다.In addition, each time the analysis is performed, performance evaluation of the influencer, weight determination, impact degree determination, etc. are performed, and the reset weight or influencer influence information is reflected in subsequent analysis. Analysis information on the affected factor may also be provided to an administrator or user through the information providing unit.

나아가, 이러한 모든 과정은 지속적으로 반복됨으로써 빅데이터를 이용한 분석 정확도는 점차 개선되며 다양한 환경 변화에 지능적으로 대응할 수 있게 된다.Furthermore, as all these processes are continuously repeated, the analysis accuracy using big data is gradually improved and it is possible to intelligently respond to various environmental changes.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다. In the above, preferred embodiments according to the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to any person skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention appended in the scope of the claims. .

100: 데이터 수집부 110: 외부 데이터 수집부
120: 내부 환경 데이터 수집부 130: 내부 설비 데이터 수집부
200: 데이터 저장 및 전처리부 210: 저장 서버
220: 원격 공유 저장부 230: 데이터 전처리부
300: 예측 분석부 310: 핵심 기법 관리부
320: 일반 기법 관리부 330: 모듈 관리부
340: 예상 발전량 분석부 350: 영향인자 분석부
400: 정보 제공부 410: 사용자 UX부
420: 예상 발전량 정보 제공부
100: data collection unit 110: external data collection unit
120: internal environment data collection unit 130: internal facility data collection unit
200: data storage and pre-processing unit 210: storage server
220: remote shared storage unit 230: data pre-processing unit
300: predictive analysis unit 310: core technique management unit
320: general technique management unit 330: module management unit
340: expected power generation analysis unit 350: impact factor analysis unit
400: information providing unit 410: user UX unit
420: Estimated power generation information provider

Claims (10)

기상 데이터, 환경에 대한 측정 데이터, 발전 상태 데이터 및 태양광 발전 모듈 관찰 영상 데이터를 포함하는 태양광 발전 관련 데이터를 수집하는 데이터 수집부와;
상기 데이터 수집부에서 수집된 데이터를 주기적으로 저장하고, 수집된 데이터를 발전량 예측 분석을 위한 영향 인자로 사용할 수 있도록 가공하는 데이터 저장 및 전처리부와;
태양광 발전량 예측을 위하여 학습 방식과 통계 방식을 포함하는 복수의 분석 방식과 각 분석 방식에서 사용할 파라미터를 정의하고, 상기 정의된 파라미터를 상세 분석 설정에 따라 변동하며, 분석 목표에 따라 사용할 분석 방식과 파라미터를 관리하고, 정의 및 변동된 파라미터를 반영한 복수의 분석 방식으로 발전량 예측 과정을 수행하되, 분석을 수행할 때마다 분석에 사용되는 영향 인자를 분석하여 그 영향도를 판단하고 가중치를 재설정하여 후속 분석에 반영되도록 하는 예측 분석부와;
상기 예측 분석부의 각 분석 방식에 따른 예상 발전량 정보와 영향 인자 분석 정보를 설정된 방식으로 제공하는 정보 제공부를 포함하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치.
A data collection unit for collecting data related to photovoltaic power generation, including weather data, measurement data for the environment, power generation status data, and observation image data of the photovoltaic power generation module;
A data storage and pre-processing unit that periodically stores data collected by the data collection unit and processes the collected data to be used as an influence factor for predicting and analyzing power generation;
In order to predict the amount of photovoltaic power generation, a plurality of analysis methods including a learning method and a statistical method and parameters to be used in each analysis method are defined, and the defined parameters are varied according to detailed analysis settings, and an analysis method to be used according to an analysis target and Manage the parameters, and perform the power generation prediction process with a plurality of analysis methods that reflect the defined and changed parameters.Whenever the analysis is performed, the impact factor used in the analysis is analyzed to determine its impact and the weight is reset to follow up. A prediction analysis unit to be reflected in the analysis;
An apparatus for predicting photovoltaic power generation through big data analysis, including an information providing unit that provides estimated power generation amount information and impact factor analysis information according to each analysis method of the prediction analysis unit in a set manner.
청구항 1에 있어서, 상기 태양광 발전 관련 데이터는 외부 기상 예보 기관에서 제공하는 과거, 현재 및 미래 기상 데이터를 포함하는 외부 데이터와, 태양광 발전모듈 설치 영역에서 실측된 일사량, 외기 온도, 모듈 온도, 습도 데이터 및 패널의 오염과 이상을 검출하기 위한 영상 데이터를 포함하는 내부 환경 데이터와, 모듈 발전 데이터 및 인버터 발전 데이터를 포함하는 내부 설비 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치.
The method according to claim 1, The data related to the photovoltaic power generation, external data including past, present and future weather data provided by an external weather forecasting agency, and solar radiation measured in the solar power module installation area, outside temperature, module temperature, The amount of photovoltaic power generation through big data analysis, which includes internal environment data including humidity data and image data for detecting panel contamination and abnormalities, and internal facility data including module power generation data and inverter power generation data. Prediction device.
청구항 1에 있어서, 데이터 저장 및 전처리부는
상기 데이터 수집부로부터 데이터를 수집하는 저장 서버와;
상기 저장 서버가 수집한 데이터를 주기적으로 전달받아 저장하는 원격 공유 저장부와;
상기 저장 서버나 원격 공유 저장부에 저장된 데이터를 획득하여 태양광 발전량 예측을 위한 입력 정보인 영향 인자로 사용할 수 있도록 노이즈 제거, 데이터 정규화, 포맷의 변경 중 적어도 하나 이상을 수행하는 데이터 전처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치.
The method according to claim 1, Data storage and pre-processing unit
A storage server collecting data from the data collection unit;
A remote shared storage unit for periodically receiving and storing the data collected by the storage server;
And a data pre-processing unit that acquires data stored in the storage server or the remote shared storage unit and performs at least one of noise removal, data normalization, and format change so that it can be used as an influence factor that is input information for predicting solar power generation. A device for predicting the amount of photovoltaic power generation through big data analysis, characterized in that.
청구항 1에 있어서, 상기 예측 분석부는
학습 유형과 통계 분석 유형을 포함하는 학습 유형을 정의하고, 회귀분석, 분류 분석, 군집 분석을 포함하는 분석 유형을 정의하며, 정의된 분석에 사용할 파라미터를 정의함으로써 사용할 복수의 태양광 발전량 예측 분석기법을 정의하는 핵심기법 관리부와;
상기 핵심기법 관리부에서 정의된 분석 기법의 파라미터를 변동하여 상세 분석 방식을 설정하는 일반기법 관리부와;
설정된 분석 목표에 따라 일반기법에 따른 상세 분석 방식을 그룹으로 설정 및 관리하며 분석 스케줄을 설정 및 관리하는 모듈 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치.
The method according to claim 1, The predictive analysis unit
Multiple photovoltaic power generation prediction analysis methods to be used by defining a learning type including a learning type and a statistical analysis type, defining an analysis type including regression analysis, classification analysis, and cluster analysis, and defining parameters to be used for the defined analysis. A core technique management unit defining a;
A general technique manager configured to set a detailed analysis method by changing parameters of an analysis technique defined in the core technique manager;
A device for predicting solar power generation through big data analysis, comprising a module management unit that sets and manages a detailed analysis method according to a general technique as a group according to a set analysis goal and sets and manages an analysis schedule.
청구항 1에 있어서, 상기 예측 분석부는 정의 및 설정된 파라미터로 태양광 발전량을 예측하는 복수의 분석 처리부를 포함하되 이들 중 하나로서,
태양광 발전 모듈의 이미지 정보로부터 오염 상태 정보를 출력하는 이미지 분석용 딥러닝 인공 신경망과, 일사량, 모듈 온도, 태양 고도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 정량화된 발전 관련 정보와 상기 딥러닝 인공 신경망에서 출력된 오염 상태 정보를 입력으로 하여 예상 발전량을 출력하는 발전량 예측 신경망을 포함하는 다중복합 인공신경망을 이용한 분석 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치.
The method according to claim 1, The prediction analysis unit includes a plurality of analysis processing unit for predicting the amount of photovoltaic power generation by the defined and set parameters, as one of them,
Deep learning artificial neural network for image analysis that outputs contaminant status information from image information of a solar power module, and quantitative power generation related information including at least one of solar radiation, module temperature, and solar altitude, and output from the deep learning artificial neural network An apparatus for predicting photovoltaic power generation through big data analysis, comprising an analysis processing unit using a multiple artificial neural network including a power generation prediction neural network that outputs expected power generation by inputting the polluted state information as input.
청구항 5에 있어서, 상기 다중복합 인공신경망을 이용한 분석 처리부에서 모듈 오염을 분석하는 딥러닝 인공 신경망은 이미지 분석에 최적화된 CNN(Convolutional neural network) 기반 신경망이고, 상기 발전량 예측 신경망은 오염 상태 정보와 정량화된 복수의 발전 관련 정보를 학습을 위한 입력으로 하여 예측 발전량을 출력하는 인공 신경망인 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치.
The deep learning artificial neural network that analyzes module contamination in the analysis processing unit using the multiplexed artificial neural network is a CNN (Convolutional neural network) based neural network optimized for image analysis, and the power generation prediction neural network is polluted state information and quantification. An apparatus for predicting solar power generation through big data analysis, characterized in that it is an artificial neural network that outputs predicted power generation by using a plurality of information related to power generation as input for learning.
청구항 1에 있어서, 상기 예측 분석부는 영향 인자를 수집하는 영향인자 수집부와, 태양광 발전량 예측 결과를 분석하는 예측 분석부와, 예측 분석부의 정확도를 판단하는 영향 인자 정확도 판단부와, 기계학습 방식의 분석이 이루어질 때마다 분석에 사용되는 학습 데이터 세트를 교차 검증하는 교차 검증부와, 상호정보량(Mutual Infotmation)을 통해 각 영향인자들의 발전량 기여 가중치를 결정하는 가중치 결정부와, 랜덤 포레스트(Random forest) 방식으로 각 영향 인자별 추론 확률을 구하여 영향도를 판단하는 영향력 판단부를 포함하는 영향 인자 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 장치.
The method according to claim 1, The predictive analysis unit is an influence factor collection unit for collecting an influence factor, a prediction analysis unit for analyzing the solar power generation prediction result, an influence factor accuracy determination unit for determining the accuracy of the prediction analysis unit, and a machine learning method. A cross-validation unit that cross-validates the training data set used for analysis whenever the analysis is performed, a weight determination unit that determines the weight contribution weight of each influencer through mutual information, and a random forest. ) A method for predicting solar power generation through big data analysis, comprising an influence factor analysis unit that includes an influence determination unit to determine the degree of inference by determining the inference probability for each influence factor in a manner.
기상 데이터, 환경에 대한 측정 데이터, 발전 상태 데이터 및 태양광 발전 모듈 관찰 영상 데이터를 포함하는 태양광 발전 관련 데이터를 수집하는 데이터 수집단계와;
상기 데이터 수집 단계에서 수집된 데이터를 주기적으로 저장하고, 수집된 데이터를 발전량 예측 분석을 위한 영향 인자로 사용할 수 있도록 가공하는 데이터 저장 및 전처리 단계와;
태양광 발전량 예측을 위하여 학습 방식과 통계 방식을 포함하는 복수의 분석 방식과 각 분석 방식에서 사용할 파라미터를 정의하고, 정의된 파라미터를 상세 분석 설정에 따라 변동하며, 분석 목표에 따라 사용할 분석 방식과 파라미터를 관리하는 기법 관리 단계와;
상기 기법 관리 단계에서 정의 및 변동된 파라미터를 반영한 복수의 분석 방식으로 발전량 예측 과정을 수행하는 발전량 예측 단계와;
상기 발전량 예측 단계에서 분석을 수행할 때마다 분석에 사용되는 영향 인자를 분석하여 그 영향도를 판단하고 가중치를 재설정하여 후속 분석에 반영되도록 하는 영향 인자 분석 단계와;
상기 발전량 예측 단계 및 상기 영향 인자 분석 단계에서 얻어진 예상 발전량 정보와 영향 인자 분석 결과를 설정된 방식으로 제공하는 정보 제공 단계를 포함하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 방법.
A data collection step of collecting data related to photovoltaic power generation, including weather data, environmental measurement data, power generation status data, and solar power module observation image data;
A data storage and pre-processing step of periodically storing the data collected in the data collection step and processing the collected data to be used as an influence factor for predicting power generation;
In order to predict the amount of photovoltaic power generation, multiple analysis methods including learning methods and statistical methods, parameters to be used in each analysis method are defined, and the defined parameters are changed according to detailed analysis settings, and analysis methods and parameters to be used according to the analysis goal Techniques for managing the management step;
A power generation prediction step of performing a power generation prediction process by a plurality of analysis methods reflecting the parameters defined and changed in the technique management step;
An influence factor analysis step of analyzing an influence factor used for analysis every time an analysis is performed in the predicting amount of power generation to determine its influence and resetting the weight so that it is reflected in subsequent analysis;
A method of predicting solar power generation through big data analysis, including an information providing step of providing predicted power generation information and an influencer analysis result obtained in the power generation prediction step and the influencer analysis step in a set manner.
청구항 8에 있어서, 상기 발전량 예측 단계는
태양광 발전 모듈의 이미지 정보를 이미지 분석에 최적화된 딥러닝 인공 신경망을 통해 분석하여 오염 상태 정보를 얻고, 일사량, 모듈 온도, 태양 고도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 정량화된 발전 관련 정보와 상기 딥러닝 인공 신경망에서 분석된 오염 상태 정보를 입력으로 하는 발전량 예측 신경망을 통해 발전량을 예측하는 다중복합 인공신경망 예측 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 방법.
The method according to claim 8, The step of predicting the amount of power generation
Analyze image information of the photovoltaic power generation module through deep learning artificial neural networks optimized for image analysis to obtain pollution status information, and quantify power generation related information including at least one of solar radiation, module temperature, and solar altitude and the deep learning A method for predicting solar power generation through big data analysis, comprising a multi-assembly artificial neural network prediction step of predicting power generation through a neural network.
청구항 8에 있어서, 상기 영향 인자 분석 단계는
기계 학습 방식의 태양광 발전량 예측 분석이 수행될 때마다 기계 학습 데이터 세트를 K-fold 크로스 밸리데이션 분리 방법으로 설정된 정확도 이상의 값이 나올때까지 기계학습을 진행하여 영향 인자의 가중치를 검증하는 단계와;
상호정보량(Mutual Infotmation)을 통해 각 영향인자들의 발전량 기여 가중치를 결정하는 단계와;
랜덤 포레스트(Random forest) 방식으로 각 영향 인자별 추론 확률을 구하여 영향도를 판단하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터 분석을 통한 태양광 발전량 예측 방법.
The method according to claim 8, The step of analyzing the influencer
Verifying the weight of the influence factor by performing machine learning until a value equal to or greater than the accuracy set by the K-fold cross-validation separation method of the machine learning data set is performed whenever the machine learning method predictive analysis of photovoltaic power generation is performed;
Determining a weighted contribution amount of power generation of each influencer through mutual information (Mutual Infotmation);
A method of predicting solar power generation through big data analysis, comprising at least one of the steps of determining the degree of impact by obtaining an inference probability for each influencer by a random forest method.
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