KR20200118530A - 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치, 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체 - Google Patents

다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치, 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체 Download PDF

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KR20200118530A KR1020190040523A KR20190040523A KR20200118530A KR 20200118530 A KR20200118530 A KR 20200118530A KR 1020190040523 A KR1020190040523 A KR 1020190040523A KR 20190040523 A KR20190040523 A KR 20190040523A KR 20200118530 A KR20200118530 A KR 20200118530A
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Abstract

다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치, 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체가 제공된다. 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력 예측 장치는, 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집하는 데이터 수집부와, 수집된 전력 사용량을 종속 변수로 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성하는 모델 생성부와, 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측하는 전력 사용량 예측부를 포함할 수 있다.

Description

다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치, 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체{APPARATUS AND METHOD OF PREDICTING POWER ENERGY BY COIL UNIT USING MULTIVARIATE LINEAR REGRESSION ANALYSIS, AND COMPUTER READABLE MEDIUM}
본 출원은, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치, 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
열연 코일을 생산하는 열간 압연 공정은 슬래브를 압연하기 용이한 온도로 만드는 가열로 공정, 원하는 두께 및 폭을 생산하기 위한 1차 압연을 진행하는 조압연 공정, 제품의 두께로 압연을 진행하는 사상압연 공정, 제품의 품질 향상을 위한 냉각을 수행하는 ROT 공정, 그리고 얇은 두께로 생산된 스트립을 코일 형태로 말아주는 권취 공정을 포함하여 구성된다.
종래에는 열간 압연 공정에서의 전력량은 가열로 공정, 조압연 공정, 사상 압연 공정 및 권취 공정을 위한 각 설비에 설치된 계전기로부터 전력량을 수집하며, 수집된 전력량을 단지 모니터링하는 정도에 불과할 뿐, 열간 압연 공정에서 소요되는 전력 사용량을 사전에 예측하는 방법을 개시하고 있지 않다.
한국공개특허 제2017-0106686호(공개일:2017년09월22일)
본 발명은, 열연 코일 생산 스케줄링 작업 등에 활용함과 동시에 한전으로부터 시간 단위로 과금되는 전력에너지 사용비용을 줄일 수 있는 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치, 방법 및 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집하는 데이터 수집부; 수집된 상기 전력 사용량을 종속 변수로 상기 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성하는 모델 생성부; 및 상기 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측하는 전력 사용량 예측부;를 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 코일 단위의 전력량 예측 장치는, 상관 분석을 통해 특징점 변수들로부터 상기 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수를 추출하는 독립 변수 추출부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 특징점 변수들은, 슬라브의 화학적 조성, 슬라브의 탄소량, 슬라브의 무게, 슬라브의 두께, 생산된 코일의 두께, 연연속 압연 유무, 에지 히터 사용 유무 및 바히터 사용 유무;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 코일 단위의 전력량 예측 장치는, 수집된 상기 전력 사용량에 대한 정규 분포의 Z값이 소정의 값 이상인 전력 사용량에 대한 데이터는 제거하는 이상치 제거부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 코일 단위의 전력량 예측 장치는, 하기 수학식: 정확도 = 평균(1-절대값[(예측치- 실측치)/실측치])에 따라 상기 다변량 선형 회귀 모델의 정확도를 평가하는 정확도 평가부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집하는 제1 단계; 수집된 상기 전력 사용량을 종속 변수로 상기 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성하는 제2 단계; 및 상기 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측하는 제3 단계;를 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 에너지 예측 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전력 사용량을 종속 변수로 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 이용하여 코일 단위의 전력 사용량을 예측함으로써, 열연 코일 생산 스케줄링 작업 등에 활용함과 동시에 한전으로부터 시간 단위로 과금되는 전력 에너지 사용비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다양한 다변량 선형 회귀 모델별 독립 변수들의 계수를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 상관 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 모델에 의해 예측된 예측 전력량과 실측 전력량을 비교 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치의 구성도이다. 한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다양한 다변량 선형 회귀 모델별 독립 변수들의 계수를 도시하고 있으며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 상관 분석 결과를 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 모델에 의해 예측된 예측 전력량과 실측 전력량을 비교 도시한 도면이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치(100)는, 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집하는 데이터 수집부(110)와, 수집된 전력 사용량을 종속 변수로 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성하는 모델 생성부(140)와, 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측하는 전력 사용량 예측부(160)를 포함할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치를 상세하게 설명한다.
도 1를 참조하면, 데이터 수집부(110)는 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집할 수 있다. 수집된 압연 공정 설비의 전력 사용량은 모델 생성부(140)로 전달될 수 있다.
모델 생성부(140)는 수집된 전력 사용량을 종속 변수로 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성할 수 있다. 회귀 분석은 종속변수가 독립변수에 의해 어떠한 영향을 받고 또한 어떠한 관계로 나타나는지 분석하는 기법이며, 다변량 선형 회귀 모델은 종속 변수에 영향을 미치는 독립 변수가 적어도 2 이상인 경우의 분석 기법이다.
본 발명에서 종속 변수는 전력 사용량이며, 종속 변수인 전력 사용량에 영향을 미치는 독립 변수는 슬라브의 화학적 조성, 슬라브의 탄소량, 슬라브의 무게, 슬라브의 두께, 생산된 코일의 두께, 연연속 압연 유무, 에지 히터 사용 유무 및 바히터 사용 유무를 포함하는 특징점 변수 중 적어도 하나일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다양한 다변량 선형 회귀 모델별 독립 변수들의 계수를 도시하고 있다.
즉, 모델 생성부(140)는 수집된 전력 사용량인 모집단으로부터 추출한 샘플들로부터 다수의 다변량 선형 회귀 모델을 생성할 수 있으며, 도 3에는 다양한 모델들(M1 내지 M15)에 대한 회귀 계수들을 도시하고 있다.
도 3에서, M1 내지 M15는 다변량 선형 회귀 모델의 이름이며, EdgeHeater_coef는 독립 변수인 에지 히터의 회귀 계수, BarHeater_coef는 독립 변수인 바 히터의 회귀 계수, SLAB_WEIGHT_coef는 독립 변수인 슬라브 무게의 회귀 계수, SLAB_THICKNESS_coef는 독립 변수인 슬라브 두께의 회귀 계수, THICKNESS_coef는 독립 변수인 코일의 회귀 계수, ENDLESS_coef는 독립 변수인 연연속 압연 여부의 회귀 계수, const_coef는 교란항의 계수일 수 있다.
한편, accuaracy는 후술하는 바와 같이 정확도 평가부(150)에 의해 구해진 정확도이며, rsquared_adj는 R2값이며, elec_mean는 전력 사용량의 평균값일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 수집된 전력 사용량에 대한 정규 분포의 Z값이 소정의 값 이상인 전력 사용량에 대한 데이터는 제거하는 이상치 제거부(120)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상관 분석을 통해 상술한 특징점 변수들로부터 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수를 추출하는 독립 변수 추출부(130)를 더 포함할 수 있다.
즉, 독립 변수 추출부(130)는 상술한 특징점 변수들의 상관 분석을 통해 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수들을 추출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 상관 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상관 분석 기법을 적용하면 다양한 특징점 변수들, 즉 슬라브의 무게(SLAB_WEIGHT), 슬라브의 두께(SLAB_THICKNESS), 코일의 두께(THICKNESS), 연연속 압연 유무(ENDLESS), 에지 히터 사용 유무(EdgeHeater), 바 히터 사용 유무(BarHeaters), 전력 사용량(SumofPower)간의 상관 정도를 얻을 수 있으며, 이러한 특징점 변수들 중 적어도 2 이상의 변수를 종속 변수인 전력 사용량에 영향을 미치는 독립 변수로 추출할 수 있다. 상술한 상관 분석 기법은 당업자에게 널리 알려진 바, 발명의 간명화를 위해 본 발명에서 구체적인 설명은 생략한다. 한편, 코일의 권취 시점(END_DT) 시점일 수 있다.
마지막으로, 전력 사용량 예측부(160)는 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측할 수 있다. 여기서, 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값은 독립 변수에 대응되는 변수의 값일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치(100)는 모델 생성부(140)에서 생성한 다변량 선형 회귀 모델의 정확도를 평가하기 위한 정확도 평가부(150)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상술한 정확도 평가부(150)는 수학식: 정확도 = 평균(1-절대값[(예측치- 실측치)/실측치])에 따라 다변량 선형 회귀 모델의 정확도를 평가할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 모델에 의해 예측된 예측 전력량과 실측 전력량을 비교 도시한 도면으로, 다수의 코일 각각의 권취 시점(END_DT) 시점에서의 전력 사용량을 도시한 것이다. 도면부호 501은 예측 전력량을 도면부호 502는 실측 전력량을 의미한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 모델을 적용하는 경우의 예측 전력량은 실측 전력량과 거의 일치하는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전력 사용량을 종속 변수로 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 이용하여 코일 단위의 전력 사용량을 예측함으로써, 열연 코일 생산 스케줄링 작업 등에 활용함과 동시에 한전으로부터 시간 단위로 과금되는 전력 에너지 사용비용을 줄일 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 방법을 상세하게 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 4와 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 방법은, 데이터 수집부(110)에서 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집하는 단계에 의해 개시될 수 있다(S501). 수집된 압연 공정 설비의 전력 사용량은 모델 생성부(140)로 전달될 수 있다.
다음, 모델 생성부(140)는 수집된 전력 사용량을 종속 변수로 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성할 수 있다(S502). 회귀 분석은 종속변수가 독립변수에 의해 어떠한 영향을 받고 또한 어떠한 관계로 나타나는지 분석하는 기법이며, 다변량 선형 회귀 모델은 종속 변수에 영향을 미치는 독립 변수가 적어도 2 이상인 경우의 분석 기법임은 상술한 바와 같다.
본 발명에서 종속 변수는 전력 사용량이며, 종속 변수인 전력 사용량에 영향을 미치는 독립 변수는 슬라브의 화학적 조성, 슬라브의 탄소량, 슬라브의 무게, 슬라브의 두께, 생산된 코일의 두께, 연연속 압연 유무, 에지 히터 사용 유무 및 바히터 사용 유무를 포함하는 특징점 변수일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 이상치 제거부(120)에서, 수집된 전력 사용량에 대한 정규 분포의 Z값이 소정의 값 이상인 전력 사용량에 대한 데이터는 제거하는 단계 또는 독립 변수 추출부(130)에서 상관 분석을 통해 특징점 변수들로부터 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있음은 상술한 바와 같다.
마지막으로, 전력 사용량 예측부(160)는 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측할 수 있다(S503).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 전력 사용량을 종속 변수로 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 이용하여 코일 단위의 전력 사용량을 예측함으로써, 열연 코일 생산 스케줄링 작업 등에 활용함과 동시에 한전으로부터 시간 단위로 과금되는 전력 에너지 사용비용을 줄일 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, '~ 부'는 다양한 방식, 예를 들면 프로세서, 프로세서에 의해 수행되는 프로그램 명령들, 소프트웨어 모듈, 마이크로 코드, 컴퓨터 프로그램 생성물, 로직 회로, 애플리케이션 전용 집적 회로, 펌웨어 등에 의해 구현될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 코일 단위의 전력량 예측 장치
110: 데이터 수집부
120: 이상치 제거부
130: 독립 변수 추출부
140: 모델 생성부
150: 정확도 평가부
160: 전력 사용량 예측부

Claims (7)

  1. 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집하는 데이터 수집부;
    수집된 상기 전력 사용량을 종속 변수로 상기 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성하는 모델 생성부; 및
    상기 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측하는 전력 사용량 예측부;
    를 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 단위의 전력량 예측 장치는,
    상관 분석을 통해 특징점 변수들로부터 상기 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수를 추출하는 독립 변수 추출부;
    를 더 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 특징점 변수들은,
    슬라브의 화학적 조성, 슬라브의 탄소량, 슬라브의 무게, 슬라브의 두께, 생산된 코일의 두께, 연연속 압연 유무, 에지 히터 사용 유무 및 바히터 사용 유무;
    를 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일 단위의 전력량 예측 장치는,
    수집된 상기 전력 사용량에 대한 정규 분포의 Z값이 소정의 값 이상인 전력 사용량에 대한 데이터는 제거하는 이상치 제거부;
    를 더 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 예측 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코일 단위의 전력량 예측 장치는,
    하기 수학식:
    정확도 = 평균(1-절대값[(예측치- 실측치)/실측치])에 따라 상기 다변량 선형 회귀 모델의 정확도를 평가하는 정확도 평가부;
    를 더 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 예측 장치.
  6. 압연 공정 설비의 전력 사용량을 코일 단위로 수집하는 제1 단계;
    수집된 상기 전력 사용량을 종속 변수로 상기 전력 사용량에 영향을 미치는 적어도 2 이상의 독립 변수로 구성된 다변량 선형 회귀 모델을 생성하는 제2 단계; 및
    상기 다변량 선형 회귀 모델의 2 이상의 독립 변수에 생산 스케줄에 포함된 대응하는 값을 대입함으로써 코일 단위의 전력 사용량을 예측하는 제3 단계;
    를 포함하는, 다변량 선형 회귀 분석을 이용한 코일 단위의 전력량 예측 방법.
  7. 제6항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체.
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