KR20230174207A - Device for analyzing power demands and system comprising the same - Google Patents

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KR20230174207A
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어수행
이혜리
김설기
이효섭
최종웅
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주식회사 인코어드 테크놀로지스
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Abstract

전력 수요 분석 장치 및 이를 포함하는 전력 관리 시스템이 제공된다. 전력 수요 분석 장치는, 프로세서, 및 프로세서를 이용하여 수행되는 회귀계수 추정기와 분류 변수 결정기가 저장된 저장부를 포함하되, 회귀 계수 추정기와 분류 변수 결정기는, 건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 제공받아, 외부 데이터 중 적어도 하나를 분류 변수로 하는 회귀 나무(Regression Tree) 모형을 생성한다.A power demand analysis device and a power management system including the same are provided. The power demand analysis device includes a processor and a storage unit storing a regression coefficient estimator and a classification variable determiner performed using the processor, wherein the regression coefficient estimator and the classification variable determiner are external and contain power usage data of the building and weather information. Data is provided and a regression tree model is created with at least one of the external data as a classification variable.

Description

전력 수요 분석 장치 및 이를 포함하는 전력 관리 시스템{Device for analyzing power demands and system comprising the same}Power demand analysis device and power management system including the same {Device for analyzing power demands and system comprising the same}

본 발명은 전력 수요 분석 장치 및 이를 포함하는 전력 관리 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 분위수 회귀 나무(quantile regression tree) 모형을 이용하여 전력 수요를 분석하는 전력 수요 분석 장치와, 이를 포함하는 전력 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power demand analysis device and a power management system including the same. Specifically, it relates to a power demand analysis device that analyzes power demand using a quantile regression tree model, and a power management system including the same.

빌딩, 공장 등의 건물의 효율적인 전력 운용과 운용 비용 절감을 위해서는, 건물에 대한 정확한 전력 사용량 예측이 필요하다. 건물 내에서 전력 소비와 관련된 그룹(예를 들어, 전열 기구, 전등 기구, 냉난방 기구 등)은 각 그룹별로 서로 다른 전력 소비 패턴을 가질 수 있다. 이에, 이러한 다른 전력 소비 패턴을 고려하면서 건물에 대한 정확한 전력 사용량 예측이 가능한 기술에 대해 연구가 진행되고 있다.In order to efficiently operate power and reduce operating costs in buildings, factories, etc., accurate prediction of power consumption for buildings is necessary. Groups related to power consumption within a building (eg, heating appliances, lighting appliances, heating and cooling appliances, etc.) may have different power consumption patterns for each group. Accordingly, research is being conducted on technologies that can accurately predict power usage for buildings while considering these different power consumption patterns.

대한민국공개특허 제2015-0115063호 (2015. 10. 14. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 2015-0115063 (published on October 14, 2015)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 건물에 대한 정확한 전력 사용량 예측이 가능한 전력 수요 분석 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a power demand analysis device capable of accurately predicting power consumption for buildings.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 건물의 효율적인 전력 운용이 가능한 전력 관리 시스템을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a power management system that enables efficient power operation of buildings.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 건물의 효율적인 전력 운용이 가능한 전력 수요 분석 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a computer-readable recording medium storing a power demand analysis program that enables efficient power management of buildings.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 수요 분석 장치는, 프로세서, 및 프로세서를 이용하여 수행되는 회귀계수 추정기와 분류 변수 결정기가 저장된 저장부를 포함하되, 회귀 계수 추정기와 분류 변수 결정기는, 건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 제공받아, 외부 데이터 중 적어도 하나를 분류 변수로 하는 회귀 나무(Regression Tree) 모형을 생성한다.A power demand analysis device according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem includes a processor and a storage unit storing a regression coefficient estimator and a classification variable determiner performed using the processor, wherein the regression coefficient estimator and the classification variable are stored. The decision unit receives external data including building power usage data and weather information, and creates a regression tree model using at least one of the external data as a classification variable.

실시예에서, 상기 회귀 나무(Regression Tree) 모형은, 분위수(quantile) 회귀 나무 모형을 포함할 수 있다.In an embodiment, the Regression Tree model may include a quantile regression tree model.

실시예에서, 상기 분류 변수는 연속형 분류 변수와 범주형 분류 변수를 포함하고, 상기 분류 변수 결정기는, 상기 연속형 분류 변수와 상기 범주형 분류 변수에 대해 서로 다른 방법을 사용하여 상기 분류 변수를 결정할 수 있다.In an embodiment, the classification variable includes a continuous classification variable and a categorical classification variable, and the classification variable determiner determines the classification variable using different methods for the continuous classification variable and the categorical classification variable. You can decide.

실시예에서, 상기 분류 변수 결정기는, 상기 분류 변수가 결정되면, 상기 결정된 분류 변수에 대해 분류 지점을 선택할 수 있다.In an embodiment, the classification variable determiner, once the classification variable is determined, may select a classification point for the determined classification variable.

실시예에서, 상기 회귀 나무 모형을 생성하는 것은, 대상 노드에 대해 분위수 회귀 계수를 추정하는 것과, 상기 대상 노드에 대해 상기 분류 변수를 선택하는 것과, 상기 분류 변수에 대한 분류 지점을 선택하는 것을 포함할 수 있다.In an embodiment, generating the regression tree model includes estimating quantile regression coefficients for a target node, selecting the classification variable for the target node, and selecting a classification point for the classification variable. can do.

실시예에서, 상기 회귀 나무 모형을 생성하는 것은, 상기 대상 노드가 정지 조건을 만족할 때까지, 상기 분위수 회귀 계수 추정, 상기 분류 변수 선택, 및 상기 분류 지점을 선택하는 것을 반복하는 것을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, generating the regression tree model may further include repeating the quantile regression coefficient estimation, selecting the classification variable, and selecting the classification point until the target node satisfies a stopping condition. there is.

실시예에서, 상기 건물의 전력 사용량 데이터는, 요일, 시간, 및 상기 기상 정보에 따라 분류되어 상기 회귀 나무 모형을 생성하는데에 이용될 수 있다.In an embodiment, the building's power usage data may be classified according to the day of the week, time of day, and the weather information and used to generate the regression tree model.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 관리 시스템은, 건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 제1 외부 데이터를 제공받아, 상기 제1 외부 데이터 중 적어도 하나를 분류 변수로 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 전력 수요 분석 장치, 및 상기 분위수 회귀 나무 모형을 이용하여 예측된 전력 수요 예측 정보를 바탕으로 건물 에너지 관리를 수행하는 건물 에너지 관리 장치를 포함한다.A power management system according to some embodiments of the present invention for achieving the other technical problems is provided with first external data including building power usage data and weather information, and classifies at least one of the first external data. It includes a power demand analysis device that generates a quantile regression tree model using variables, and a building energy management device that performs building energy management based on power demand prediction information predicted using the quantile regression tree model.

몇몇 실시예에서, 상기 전력 수요 분석 장치는, 상기 제1 외부 데이터와 다르고 기상 정보를 포함하는 제2 외부 데이터를 제공받고, 상기 제1 외부 데이터를 바탕으로 생성된 분위수 회귀 나무 모형을 이용하여 상기 제2 외부 데이터에 부합되는 상기 전력 수요 예측 정보를 생성할 수 있다.In some embodiments, the power demand analysis device is provided with second external data that is different from the first external data and includes weather information, and uses a quantile regression tree model generated based on the first external data. The power demand prediction information that matches second external data can be generated.

몇몇 실시예에서, 상기 제1 외부 데이터와 상기 제2 외부 데이터는, 서로 다른 시간 단위로 구분되어 이용될 수 있다.In some embodiments, the first external data and the second external data may be used separately in different time units.

몇몇 실시예에서, 상기 건물의 전력 사용량 데이터는 상기 건물 내에서 전력 소비와 관련된 그룹 별로 제공될 수 있다.In some embodiments, the building's power usage data may be provided for each group related to power consumption within the building.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 관리 시스템은, 전력 소모 기구와 건물 내의 배선이 만나는 접점에 설치되어 상기 건물의 전력 사용량 데이터를 측정하는 전력 측정기, 및 특정 시점의 상기 건물의 전력 수요 예측 정보를 바탕으로 상기 전력 소모 기구를 제어하는 건물 에너지 관리 장치를 포함하되, 상기 건물의 전력 수요 예측 정보는, 상기 건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 바탕으로 분위수 회귀 나무 모형을 생성함으로써 결정된다.A power management system according to some embodiments of the present invention for achieving the above other technical problems includes a power meter installed at the contact point where power consumption equipment and wiring in the building meet to measure power usage data of the building, and a power meter at a specific point in time. A building energy management device that controls the power consumption appliances based on power demand prediction information of the building, wherein the power demand prediction information of the building is based on external data including power usage data of the building and weather information. This is determined by creating a quantile regression tree model.

몇몇 실시예에서, 상기 건물의 전력 사용량 데이터는, 과거 일정 기간 동안의 상기 건물의 전력 사용량 데이터를 포함하고, 상기 외부 데이터는, 상기 과거 일정 기간 동안의 기상 정보를 포함하는 제1 외부 데이터와, 상기 특정 시점의 기상 정보를 포함하는 제2 외부 데이터를 포함할 수 있다.In some embodiments, the power usage data of the building includes power usage data of the building for a certain period of time in the past, and the external data includes first external data including weather information for a certain period of time in the past; It may include second external data including weather information at the specific point in time.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 수요 분석 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 바탕으로 회귀 나무 모형을 생성하는 전력 수요 분석 프로그램으로서, (a) 대상 노드에 대해 회귀 계수를 추정하는 단계와, (b) 상기 대상 노드에 대해 상기 분류 변수를 선택하는 단계와, (c) 상기 분류 변수에 대한 분류 지점을 선택하는 단계를 포함한다.A computer-readable recording medium storing a power demand analysis program according to some embodiments of the present invention for achieving the other technical problem above includes a regression tree model based on external data including building power usage data and weather information. A power demand analysis program that generates, (a) estimating a regression coefficient for a target node, (b) selecting the classification variable for the target node, and (c) classifying the classification variable. It includes the step of selecting a point.

몇몇 실시예에서, 상기 대상 노드에 대해 회귀 계수를 추정하는 단계는, 상기 대상 노드에 대해 분위수 회귀 계수를 추정하는 단계를 포함하고, 상기 회귀 나무 모형은, 분위수 회귀 나무 모형을 포함할 수 있다.In some embodiments, estimating a regression coefficient for the target node includes estimating a quantile regression coefficient for the target node, and the regression tree model may include a quantile regression tree model.

몇몇 실시예에서, 상기 대상 노드가 정지 조건을 만족할 때까지, 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the step of repeating steps (a) to (c) may be further included until the target node satisfies a stop condition.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 실시예들에 따를 경우, 건물 전체에 대한 전력 총 사용량이 아닌, 건물 내에서 전력 소비와 관련된 그룹(예를 들어, 전열 기구, 전등 기구, 냉난방 기구 등) 별 정확한 전력 사용량 예측이 가능하여, 건물의 효율적인 전력 운용이 가능할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to accurately predict power consumption by group (e.g., heating appliances, lighting appliances, heating and cooling appliances, etc.) related to power consumption within the building, rather than the total power consumption for the entire building. Thus, efficient power operation of the building may be possible.

또한, 전력 회사 중심의 탑-다운(top-down) 전력 수요 예측 방식과 다른 바텀-업(bottom-up) 수요 예측 방식을 사용함으로써, 보다 전력 사용량에 대한 예측 정확성을 높일 수 있다.In addition, by using a bottom-up demand forecasting method that is different from the power company-centered top-down power demand forecasting method, the accuracy of predicting power usage can be improved.

도 1은 건물에 대한 전력 수요 예측 모형의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 건물 전열기기의 온도에 대한 전력 사용량으로 전력 수요 예측모형의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 건물 조명기기의 온도에 대한 전력 사용량으로 전력 수요 예측모형의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 건물 냉난방기기의 온도에 대한 전력 사용량으로 전력 수요 예측모형의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 건물에서 온도에 대한 시간대별 전력 사용량으로 전력 수요 예측 모형의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 관리 시스템의 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치의 블록도이다.
도 8은 도 6에 도시된 전력 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치가 생성한 분위수 회귀 나무 모형의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치가 제공받는 예측 시점의 외부 데이터의 일 예이다.
도 11은 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치가 수행하는 전력 수요 예측의 일 예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치의 분위수 회귀 나무 모형 생성 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 도 7에 도시된 회귀 계수 추정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 6에 도시된 전력 측정기의 예시적인 설치를 나타낸 도면이다.
Figure 1 is a diagram to explain problems with the power demand prediction model for buildings.
Figure 2 is a diagram to explain the problem of the power demand prediction model based on the power usage for the temperature of the building heating equipment.
Figure 3 is a diagram to explain the problems of the power demand prediction model based on the power usage relative to the temperature of building lighting equipment.
Figure 4 is a diagram to explain the problems of the power demand prediction model based on the power usage relative to the temperature of the building's heating and cooling equipment.
Figure 5 is a diagram to explain the problems of the power demand prediction model based on the power consumption by time period in relation to temperature in the building.
Figure 6 is a conceptual diagram of a power management system according to some embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of the power demand analysis device shown in FIG. 6.
FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the power management system shown in FIG. 6.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a quantile regression tree model generated by the power demand analysis device shown in FIG. 6.
FIG. 10 is an example of external data at a prediction time provided by the power demand analysis device shown in FIG. 6.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of power demand prediction performed by the power demand analysis device shown in FIG. 6.
FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of generating a quantile regression tree model of the power demand analysis device shown in FIG. 6.
FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the regression coefficient estimator shown in FIG. 7.
FIG. 14 is a diagram showing an exemplary installation of the power meter shown in FIG. 6.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The sizes and relative sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification, and “and/or” includes each and all combinations of one or more of the referenced items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other elements in addition to the mentioned elements.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.Although first, second, etc. are used to describe various elements or components, these elements or components are of course not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one device or component from another device or component. Therefore, of course, the first element or component mentioned below may also be a second element or component within the technical spirit of the present invention.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로써 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.

도 1은 건물에 대한 전력 수요 예측 모형의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram to explain problems with the power demand prediction model for buildings.

도 1은 특정 건물의 1년 간 시간별 총 전력 사용량과 건물 주변온도와의 관계를 나타낸 그래프이다. 그래프의 X축은 온도를 나타내고, Y축은 시간별 전력 사용량을 나타내며, 각 점들은 1년 동안 온도별 시간별 총 전력 사용량의 분포를 나타낸 것이다. 그래프에 도시된 실선은 LOWESS(LOcally WEighted Scatterplot Smoothing) 방법을 이용하여 추정한 비선형 회귀 추정량(RL)이다.Figure 1 is a graph showing the relationship between the total hourly power consumption of a specific building over a year and the building's surrounding temperature. The X-axis of the graph represents temperature, the Y-axis represents power usage by hour, and each dot represents the distribution of total power usage by temperature and hour over a year. The solid line shown in the graph is the nonlinear regression estimator (RL) estimated using the LOWESS (LOcally WEighted Scatterplot Smoothing) method.

도 1을 참조하면, A로 표시된 구간과 같이, 온도가 온화할 때는 전력 사용량의 분포가 작으나, B나 C로 표시된 구간과 같이, 온도가 매우 높거나 낮을 때는 건물의 시간별 전력 사용량에 편차가 큼을 알 수 있다. 즉, 건물의 시간별 전력 사용량에 이분산성(Heteroscedasticity)이 있음을 알 수 있다.Referring to Figure 1, when the temperature is mild, such as the section marked A, the distribution of power usage is small, but when the temperature is very high or low, such as the section marked B or C, there is a large deviation in the building's hourly power usage. Able to know. In other words, it can be seen that there is heteroscedasticity in the building's hourly power usage.

따라서, 단순히 건물의 시간별 전력 사용량에 대해 회귀 추정량(RL)을 생성할 경우, 이를 이용하여 건물의 전력 수요 예측을 정확히 할 수 없는 문제점이 있다. 예컨데, 생성된 회귀 추정량(RL)은 B로 표시된 구간에서 건물의 총 전력 사용량을 대표하지 못할 가능성이 높다.Therefore, when simply generating a regression estimate (RL) for the hourly power consumption of a building, there is a problem in that it cannot be used to accurately predict the building's power demand. For example, the generated regression estimator (RL) is likely not representative of the total power consumption of the building in the section marked B.

나아가 이러한 이분산성은, 건물의 전력 사용량을 예측하는 데에, 온도 이외 다른 변수를 고려해야 함을 의미한다고 볼 수 있는데, 이를 고려하지 않은 도 1의 모형은 건물의 전력 수요 예측을 정확히 수행할 수 있다고 볼 수 없다.Furthermore, this heteroskedasticity can be seen to mean that variables other than temperature must be considered when predicting a building's power usage, but the model in Figure 1 that does not take this into account can be considered to be able to accurately predict the building's power demand. I can't.

또한, 도 2 내지 도 4와 같이 건물 내에서 전력 소비와 관련된 그룹(예를 들어, 전열 기기(도 2), 조명 기기(도 3), 냉난방 기기(도 4) 등)의 각 그룹별 전력 소비 패턴은 서로 다르고, 도 5와 같이 요일별, 시간별로 서로 다르기에, 도 1과 같이 건물의 총 전력 사용량만으로 소비 패턴을 정확하게 예측할 수 없다는 문제점이 있다.In addition, as shown in FIGS. 2 to 4, the power consumption of each group of groups related to power consumption in the building (e.g., electric heating equipment (FIG. 2), lighting equipment (FIG. 3), heating and cooling equipment (FIG. 4), etc.) The patterns are different, and are different for each day of the week and time as shown in FIG. 5, so there is a problem that the consumption pattern cannot be accurately predicted based on the total power consumption of the building alone, as shown in FIG. 1.

이하, 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 수요 분석 장치 및 이를 포함하는 전력 관리 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a power demand analysis device and a power management system including the same according to embodiments of the present invention that can solve these problems will be described.

도 6는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 관리 시스템의 개념도이다. 도 7은 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치의 블록도이다.6 is a conceptual diagram of a power management system according to some embodiments of the present invention. FIG. 7 is a block diagram of the power demand analysis device shown in FIG. 6.

도 6를 참조하면, 전력 관리 시스템은 건물 에너지 관리 장치(400)로서, 건물 에너지 관리 장치(400)는 전력 수요 분석 장치(100) 및 전력 측정기(410)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the power management system is a building energy management device 400, and the building energy management device 400 includes a power demand analysis device 100 and a power meter 410.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 건물 에너지 관리 장치(400)는 실시간 클라우드 서버 시스템으로서, 네트워크(300)를 통해 상시 접속이 가능하다. 다만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 건물 내부에 전력 수요 분석 장치(100)을 설치하고, 건물 내부에서 발생한 데이터를 이용한 시스템 구현도 가능하다.According to one embodiment of the present invention, the building energy management device 400 is a real-time cloud server system and is always accessible through the network 300. However, the idea of the present invention is not limited to this, and it is possible to install the power demand analysis device 100 inside a building and implement a system using data generated inside the building.

전력 수요 분석 장치(100)는, 전력 소모 기기(510)로부터 기인한 건물(500)의 전력 사용량 데이터와, 예를 들어, 외부 데이터 제공 장치(200)로부터 외부 데이터를 제공받아, 분위수 회귀 나무 모형(quantile regression tree)을 생성할 수 있다. The power demand analysis device 100 receives power usage data of the building 500 resulting from the power consumption device 510 and external data, for example, from the external data providing device 200, and models a quantile regression tree. (quantile regression tree) can be created.

그리고, 전력 수요 분석 장치(100)는 생성된 분위수 회귀 나무 모형을 바탕으로, 전력 수요 예측이 필요한 시점의 외부 데이터에 부합하는 전력 수요 예측 정보를 예를 들어, 건물 에너지 관리 장치(400) 등에 제공할 수 있다.And, based on the generated quantile regression tree model, the power demand analysis device 100 provides power demand prediction information that matches external data at the time power demand prediction is needed, to, for example, the building energy management device 400. can do.

본 실시예에서, 외부 데이터는 예를 들어, 기상 정보를 포함할 수 있다. 구체적으로, 외부 데이터는 예를 들어, 온도, 습도 풍속 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 이 밖에도 외부 데이터는 전력 사용량에 영향을 줄 수 있는 모든 요소, 예를 들어, 공휴일 여부, 불쾌지수, 체감온도 또는 당일 기상 상태(눈, 비, 흐림, 맑음 등), 대기 오염 지수, 광 공해 지수 등을 포함할 수 있다.In this embodiment, external data may include, for example, weather information. Specifically, external data may include, for example, temperature, humidity, wind speed, etc., but the technical idea of the present invention is not limited thereto. In addition, external data includes all factors that can affect power usage, such as public holidays, discomfort index, perceived temperature or weather conditions on the day (snow, rain, cloudy, clear, etc.), air pollution index, and light pollution index. It may include etc.

도 7을 참조하면, 전력 수요 분석 장치(100)는 컨트롤러(110), 회귀 계수 추정기(120) 및 분류 변수 결정기(130)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(110)는 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)의 동작을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the power demand analysis device 100 may include a controller 110, a regression coefficient estimator 120, and a classification variable determiner 130. The controller 110 may control the operations of the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130.

몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)는 예를 들어, 서버(server) 형태의 컴퓨팅 시스템으로 구현될 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(110)는 연산을 수행하는 프로세서(processor)의 형태로 구현될 수 있고, 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)는 예를 들어, 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있다. In some embodiments, the power demand analysis device 100 may be implemented as, for example, a server type computing system. In this case, the controller 110 may be implemented in the form of a processor that performs calculations, and the regression coefficient estimator 120 and classification variable determiner 130 may be implemented in the form of software, for example. .

이처럼 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)가 소프트웨어 형태로 구현될 경우, 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)는 모듈화되어 저장부(140)에 저장될 수 있다. 즉, 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)는 프로세서 형태로 구현된 컨트롤러(110)를 이용하여 후술할 동작을 수행할 수 있다.In this way, when the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130 are implemented in software form, the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130 can be modularized and stored in the storage unit 140. That is, the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130 can perform operations to be described later using the controller 110 implemented in the form of a processor.

비록 도면에서는 설명의 편의를 위해, 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)를 별도로 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 필요에 따라, 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)는 하나의 소프트웨어 모듈로 구현될 수도 있다. 또한, 반대로, 회귀 계수 추정기(120)와 분류 변수 결정기(130)는 필요에 따라 더 세부적인 기능을 구현하기 위한 소프트웨어 모듈로 분리되어 구현될 수도 있다.Although the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130 are shown separately in the drawings for convenience of explanation, the technical idea of the present invention is not limited thereto. If necessary, the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130 may be implemented as one software module. Also, conversely, the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130 may be implemented separately as software modules to implement more detailed functions as needed.

회귀 계수 추정기(120)는, 건물(500)의 전력 사용량 데이터와 외부 데이터를 제공받고 이를 이용하여 대상 노드에 대한 분위수 회귀 계수를 추정할 수 있다.The regression coefficient estimator 120 may be provided with power usage data and external data of the building 500 and use them to estimate the quantile regression coefficient for the target node.

분류 변수 결정기(130)는, 건물(500)의 전력 사용량 데이터와 외부 데이터를 제공받고 이를 이용하여 대상 노드에 대한 분류 변수를 결정하고, 나아가 분류 변수에 대한 분류 지점을 결정할 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 분류 변수 결정기(130)는, 분류 변수 결정 모듈과, 분류 지점 결정 모듈로 세분화되어 구현될 수도 있다.The classification variable determiner 130 may receive power usage data and external data of the building 500 and use them to determine a classification variable for the target node and further determine a classification point for the classification variable. Accordingly, in some embodiments, the classification variable determiner 130 may be implemented by being divided into a classification variable determination module and a classification point determination module.

이러한 회귀 계수 추정기(120) 및 분류 변수 결정기(130)의 보다 구체적인 동작은 후술한다.More detailed operations of the regression coefficient estimator 120 and the classification variable determiner 130 will be described later.

추가적으로, 전력 수요 분석 장치(100)는 제어 신호 발생기(150)를 더 포함할 수 있다. 제어 신호 발생기(150)는 건물 내의 전력 제어 장치(520)과 연동되며, 전력 제어 장치(520)의 원격 제어에 필요한 신호를 생성할 수 있다. 제어 신호 발생기(150)는 예를 들어, 조명의 전원을 차단하거나, 에어컨, 전열 기구를 제어하여 실내 온도를 낮추는 등의 전력 소모 기기(510)의 제어를 위한 신호를 발생시킨다. Additionally, the power demand analysis device 100 may further include a control signal generator 150. The control signal generator 150 is linked to the power control device 520 in the building and can generate signals required for remote control of the power control device 520. The control signal generator 150 generates a signal for controlling the power-consuming device 510, such as turning off lighting or lowering the indoor temperature by controlling an air conditioner or electric heater.

발생된 제어 신호는 네트워크(300)를 통하여 건물(500)의 전력 제어 장치(520)가 수신한다. 전력 제어 장치(520)는 수신된 제어 신호에 기초하여 전력 소모 기기(510)를 제어할 수 있다.The generated control signal is received by the power control device 520 of the building 500 through the network 300. The power control device 520 may control the power consuming device 510 based on the received control signal.

다시 도 6을 참조하면, 건물 에너지 관리 장치(400)는 건물(500)에 대한 에너지 관리를 수행할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 건물 에너지 관리 장치(400)는 건물(500)의 전력 소모 기구(510)에서 사용한 전력량을 측정하는 전력 측정기(410)를 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 6, the building energy management device 400 may perform energy management for the building 500. In some embodiments, building energy management device 400 may include a power meter 410 that measures the amount of power used by power consuming appliances 510 in building 500 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력 측정기(410)는 전력 소모 기기(510)와 건물(500) 내의 배선이 만나는 접점(예를 들어, 콘센트 등) 또는 건물(500) 또는 건물(500)의 각 층에 전력이 인입되는 지점(예를 들어, 분전반)에 설치될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the power meter 410 is a contact point (for example, an outlet, etc.) where the power consumption device 510 and the wiring in the building 500 meet, or the building 500 or the building 500. It may be installed at a point where power is supplied to each floor (for example, a distribution board).

도 14를 참조하면, 전력 측정기(410)는 분전반(1000) 내에 설치될 수 있다. Referring to FIG. 14, the power meter 410 may be installed within the distribution panel 1000.

일반적으로 분전반(1000)은 주차단기(1010), 분기차단기(1020) 및 부스바(1030)로 구성된다. 이 경우, 분기 차단기(1020)는 주차단기(1010)로부터 전원을 공급하는 부스바(1030)의 하나의 분기(1031)와 연결되어 있다.In general, the distribution board 1000 is composed of a main circuit breaker 1010, a branch circuit breaker 1020, and a busbar 1030. In this case, the branch breaker 1020 is connected to one branch 1031 of the busbar 1030 that supplies power from the main breaker 1010.

본 발명의 일 실시예에서는, 전력 측정기(410)가 분기 차단기(1020)가 설치될 수 있는 위치에 분기 차단기(1020) 대신 설치되며, 정밀한 전력 측정을 위하여 전류 센서(1040)가 주차단기(1010)와 연결된 도선에 설치된다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 위 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전력 측정기(410)는 다양한 위치, 예를 들어, 주차단기(1010)의 위치 또는 콘센트 등의 전력 소모 기기(510)와 건물의 배선이 만나는 지점에 설치될 수도 있다.In one embodiment of the present invention, the power meter 410 is installed instead of the branch breaker 1020 at a location where the branch breaker 1020 can be installed, and the current sensor 1040 is installed at the main breaker 1010 for precise power measurement. ) is installed on the conductor connected to the However, the technical idea of the present invention is not limited to the above embodiment, and the power meter 410 is installed at various locations, for example, the location of the main breaker 1010 or the power consumption device 510 such as an outlet and the building. It can also be installed at the point where wiring meets.

다시 도 6을 참조하면, 전력 소모 기기(510)는 예를 들어, 전열 기기 그룹, 조명 기기 그룹, 냉난방 기기 그룹 등과 같이 몇 개의 그룹으로 분류될 수 있다. 이 때, 전력 측정기(410)가 그룹별로 따로 배치되어 각 그룹 전력 사용량을 측정할 수도 있다.Referring again to FIG. 6 , the power consumption devices 510 may be classified into several groups, such as a heating device group, a lighting device group, an air conditioning device group, etc. At this time, the power meter 410 may be placed separately for each group to measure the power usage of each group.

예를 들어, 제1 전력 측정기(410)는 전열 기기 그룹에서 사용한 전력량을 측정하고, 제2 전력 측정기(410)는 조명 기기 그룹에서 사용한 전력량을 측정하고, 제3 전력 측정기(410)는 냉난방 기기 그룹에서 사용한 전력량을 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 각 그룹 별 전력 사용량은 전력 수요 분석 장치(100)에 제공될 수 있다.For example, the first power meter 410 measures the amount of power used by a group of heating devices, the second power meter 410 measures the amount of power used by a group of lighting devices, and the third power meter 410 measures the amount of power used by a group of heating and cooling devices. You can measure the amount of power used by the group. The power usage for each group measured in this way can be provided to the power demand analysis device 100.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 건물 에너지 관리 장치(400)는 실시간 클라우드 시스템으로서 상시 접속이 가능하다. 따라서, 전력 측정기(410)에서 측정된 각 그룹별 전력 사용량이 네트워크(300)을 통해 물리적으로 떨어져 있는 전력 수요 분석 장치(100)에 전송될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the building energy management device 400 is a real-time cloud system that is always accessible. Accordingly, the power usage for each group measured by the power meter 410 may be transmitted to the power demand analysis device 100 that is physically distant through the network 300.

또한, 건물 에너지 관리 장치(400)는, 전력 수요 분석 장치(100)로부터, 네트워크(300)를 통해 건물(500) 내 전력 소비와 관련된 그룹(예를 들어, 전열 기기, 조명 기기, 냉난방 기기 등) 별 전력 사용량 예측 정보를 받아, 이를 사용자 단말(600) 등에 제공할 수 있다. In addition, the building energy management device 400 receives groups related to power consumption in the building 500 (e.g., electric heating devices, lighting devices, heating and cooling devices, etc.) from the power demand analysis device 100 through the network 300. ) It is possible to receive power usage prediction information for each star and provide it to the user terminal 600, etc.

여기서, 사용자 단말(600)은 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, PC, PDA, 스마트 와치 등의 웨어러블 디바이스 등 다양한 형태의 디스플레이를 제공하는 단말을 모두 포함할 수 있다.Here, the user terminal 600 may include all terminals that provide various types of displays, such as wearable devices such as mobile phones, tablet computers, PCs, PDAs, and smart watches.

도면에 비록 상세하기 도시하지는 않았으나, 건물 에너지 관리 장치(400)는 건물(500)의 사용 전력에 대한 각종 정보를 사용자 단말(600)에 제공하기 위한 인터페이스(interface), 예컨대, 그래픽 유저인터페이스를 제공하는 웹서버 등을 포함할 수 있다.Although not shown in detail in the drawing, the building energy management device 400 provides an interface, for example, a graphical user interface, for providing various information about the power usage of the building 500 to the user terminal 600. It may include a web server, etc.

또한, 건물 에너지 관리 장치(400)는 건물 내의 전력 제어 장치(520)와 연동하여 전력 수요 분석 장치(100)로부터, 네트워크(300)를 통해 건물(500) 내 전력 소비와 관련된 그룹(예를 들어, 전열 기기, 조명 기기, 냉난방 기기 등) 별 전력 사용량 예측 정보를 받아, 이를 바탕으로 건물(500)의 전력 소모 기구(510)의 전력 소모를 제어할 수도 있다.In addition, the building energy management device 400 is linked to the power control device 520 in the building to obtain a group (e.g., , electric heating devices, lighting devices, heating and cooling devices, etc.), it is possible to receive power usage prediction information and control the power consumption of the power consumption device 510 of the building 500 based on this information.

한편, 다른 몇몇 실시예에서, 건물 에너지 관리 장치(400)는 전력 수요 분석 장치(100)와 네트워크(300)를 통하지 않고 직접 접속되거나, 하나의 시스템으로 통합되어 구현될 수도 있다. 즉, 본 발명의 기술적 사상이 도시된 사항에 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, in some other embodiments, the building energy management device 400 may be directly connected to the power demand analysis device 100 and the network 300 without going through them, or may be integrated and implemented as a single system. That is, the technical idea of the present invention is not limited to the details shown.

외부 데이터 제공 장치(200)는, 예를 들어, 외부 데이터 제공 서버를 포함할 수 있다. 이러한 외부 데이터 제공 장치(200)의 예로는, 기상청에서 제공하는 API를 이용하여 접근할 수 있는 서버, 캘린더 API를 이용하여 접근할 수 있는 서버 등을 들 수 있으나, 역시 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.The external data providing device 200 may include, for example, an external data providing server. Examples of such an external data providing device 200 include a server that can be accessed using an API provided by the Korea Meteorological Administration, a server that can be accessed using a calendar API, etc. However, the technical idea of the present invention is also limited thereto. It is not limited.

외부 데이터 제공 장치(200)로부터 전력 수요 분석 장치(100)에 제공되는 예를 들어, 기상 정보 등을 포함하는 외부 데이터는, 도시된 것과 같이 네트워크(300)를 통해 전달될 수 있다. 하지만, 역시 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라, 외부 데이터 제공 장치(200)와 전력 수요 분석 장치(100)는 하나로 통합되어 구현되거나, 외부 데이터 제공 장치(200)와 전력 수요 분석 장치(100)가 네트워크(300)를 통하지 않고 직접 접속될 수도 있다.External data including, for example, weather information, etc. provided from the external data providing device 200 to the power demand analysis device 100 may be transmitted through the network 300 as shown. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto, and if necessary, the external data provision device 200 and the power demand analysis device 100 may be integrated and implemented as one, or the external data provision device 200 and the power demand analysis device 100 may be integrated into one. The demand analysis device 100 may be connected directly without going through the network 300.

이하, 도 6 및 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력 관리 시스템의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 6 and 8 to 11, the operation of the power management system according to some embodiments of the present invention will be described.

도 8은 도 6에 도시된 전력 관리 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 도 9는 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치가 생성한 분위수 회귀 나무 모형의 일 예를 도시한 도면이다. 도 10은 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치가 제공받는 예측 시점의 외부 데이터의 일 예이다. 도 11은 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치가 수행하는 전력 수요 예측의 일 예를 도시한 도면이다.FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the power management system shown in FIG. 6. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a quantile regression tree model generated by the power demand analysis device shown in FIG. 6. FIG. 10 is an example of external data at a prediction time provided by the power demand analysis device shown in FIG. 6. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of power demand prediction performed by the power demand analysis device shown in FIG. 6.

도 8을 참조하면, 분위수 회귀 나무 모형을 생성한다(S100). 구체적으로, 예를 들어, 전력 수요 분석 장치(100)는, 건물(500)의 전력 사용량 데이터와, 기상 정보 등을 포함하는 외부 데이터를 제공받아 분위수 회귀 나무 모형을 생성할 수 있다.Referring to Figure 8, a quantile regression tree model is created (S100). Specifically, for example, the power demand analysis device 100 may receive external data including power usage data of the building 500 and weather information and generate a quantile regression tree model.

여기서, 건물(500)의 전력 사용량 데이터는 예를 들어, 건물 에너지 관리 장치(400)로부터 제공될 수 있다. 구체적으로, 건물(500)의 전력 사용량 데이터는 예를 들어, 건물 에너지 관리 장치(400)에 포함된 전력 측정기(410)로부터 제공될 수 있다. 더욱 구체적으로, 전력 측정기(410)는 건물(500) 내에서 전력 소비와 관련된 그룹(예를 들어, 전열 기기, 조명 기기, 냉난방 기기 등)별로 전력 사용량을 측정하고, 이를 전력 수요 분석 장치(100)에 제공할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.Here, power usage data of the building 500 may be provided from, for example, the building energy management device 400. Specifically, power usage data of the building 500 may be provided, for example, from the power meter 410 included in the building energy management device 400. More specifically, the power meter 410 measures power usage by groups related to power consumption (e.g., electric heating devices, lighting devices, heating and cooling devices, etc.) within the building 500, and measures the power usage by the power demand analysis device (100). ), but the technical idea of the present invention is not limited thereto.

몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)는 분위수 회귀 나무 모형을 생성하기 위해, 제공 받은 전력 사용량 데이터를 예를 들어, 15분 단위로 구분해서 저장할 수 있다. 또한, 다른 몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)에 제공되는 전력 사용량 데이터는 예를 들어, 15분 단위로 구분되어 제공될 수 있다. 또한, 또 다른 몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)에 제공되는 전력 사용량 데이터는, 예를 들어, 1 시간 단위로 구분되어 제공될 수 있다. 또한, 또 다른 몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)에 제공되는 전력 사용량 데이터는, 예를 들어, 요일 별로 구분되어 저장될 수 있다.In some embodiments, the power demand analysis device 100 may store the received power usage data separately, for example, in 15-minute increments, in order to create a quantile regression tree model. Additionally, in some other embodiments, power usage data provided to the power demand analysis device 100 may be provided separately, for example, in 15-minute increments. Additionally, in some other embodiments, power usage data provided to the power demand analysis device 100 may be provided separately, for example, on an hourly basis. Additionally, in some other embodiments, the power usage data provided to the power demand analysis device 100 may be stored divided by day of the week, for example.

전력 수요 분석 장치(100)에 제공되는 외부 데이터는 예를 들어, 외부 데이터 제공 장치(200)로부터 제공될 수 있다. 이러한 외부 데이터는 예를 들어, 온도(관측기온), 습도, 풍속, 예상 강수량, 하늘 상태 등의 정보를 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.External data provided to the power demand analysis device 100 may be provided, for example, from the external data providing device 200. Such external data may include, for example, information such as temperature (observed temperature), humidity, wind speed, expected precipitation, and sky conditions, but the technical idea of the present invention is not limited thereto.

몇몇 실시예에서, 이러한 기상 정보는 예를 들어, 1시간 또는 3 시간 단위로 제공될 수 있다. 이렇게 외부 데이터가 1 시간 또는 3 시간 단위로 제공될 경우, 전력 수요 분석 장치(100)는, 분위수 회귀 나무 모형을 생성하기 위해, 제공 받은 외부 데이터를 예를 들어, 보간법 등을 이용하여 15분 단위로 구분해서 저장할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)에 제공되는 외부데이터는, 예를 들어, 1 시간 단위로 구분해서 저장할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)에 제공되는 외부 데이터는, 예를 들어, 요일 별로 구분되어 저장될 수 있다.In some embodiments, such weather information may be provided on a 1-hour or 3-hour basis, for example. When the external data is provided in this way on a 1-hour or 3-hour basis, the power demand analysis device 100 uses the provided external data, for example, by interpolation, in 15-minute units to create a quantile regression tree model. It can be saved separately. In some other embodiments, external data provided to the power demand analysis device 100 may be stored separately in units of, for example, one hour. In some other embodiments, external data provided to the power demand analysis device 100 may be stored separately by, for example, days of the week.

여기서는, 전력 수요 분석 장치(100)가 건물(500)의 전력 사용량 데이터와, 기상 정보 등을 포함하는 외부 데이터를 제공받아 도 9에 도시된 분위수 회귀 나무 모형을 생성하였다고 가정하고, 설명을 이어가도록 한다. 즉, 전력 수요 분석 장치(100)가 예를 들어, 2014년 12월 1일부터 2015년 5월 31일까지 건물(500)에 대한 전력 상용량 데이터와, 동 기간의 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 바탕으로, 도 9에 도시된 분위수 회귀 나무 모형이 생성되었다고 가정하고 설명을 이어가도록 한다.Here, it is assumed that the power demand analysis device 100 receives external data including power usage data of the building 500 and weather information and generates the quantile regression tree model shown in FIG. 9, and continues the explanation. do. That is, the power demand analysis device 100 may, for example, use power usage data for the building 500 from December 1, 2014 to May 31, 2015, and external data including weather information for the same period. Based on this, we will continue the explanation assuming that the quantile regression tree model shown in Figure 9 has been created.

도 9를 참조하면, 분위수 회귀 나무 모형은, 복수의 노드(1~11)를 포함할 수 있다. 복수의 노드(1~11)들은 서로 부모-자식 간의 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 노드(1)는, 노드(2)와 노드(9)의 부모 노드가 되며, 노드(2)와 노드(9)는 노드(1)의 자식 노드가 될 수 있다. 다른 노드들에 대해서도 이와 같은 관계가 성립한다.Referring to FIG. 9, the quantile regression tree model may include a plurality of nodes (1 to 11). A plurality of nodes (1 to 11) may have a parent-child relationship with each other. For example, node 1 may be the parent node of node 2 and node 9, and node 2 and node 9 may be child nodes of node 1. The same relationship holds true for other nodes.

부모가 없는 노드(1)는 뿌리(root) 노드가 되며, 자식이 없는 노드(4, 6, 7, 8, 10, 11)는 잎(leaf) 노드가 될 수 있다.A node without a parent (1) can be a root node, and a node without children (4, 6, 7, 8, 10, 11) can be a leaf node.

노드(1)가 포함하는 전량 사용량 데이터는 온도라는 분할 변수로 분할되어 노드(2)와 노드(9)로 분할될 수 있다. 구체적으로, 노드(2)는 노드(1)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 온도가 14.1℃ 이하인 전력 사용량 데이터를 포함하고, 노드(9)는 노드(1)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 온도가 14.1℃ 초과인 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다.The total amount of usage data included in node 1 can be divided into node 2 and node 9 by being divided by a partition variable called temperature. Specifically, node 2 includes power usage data with a temperature of 14.1°C or lower among the power usage data included in node 1, and node 9 includes power usage data with a temperature of 14.1°C or lower among the power usage data included in node 1. May include power usage data exceeding ℃.

또한, 노드(3)는 노드(2)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 온도가 5℃ 이하인 전력 사용량 데이터를 포함하고, 노드(8)는 노드(2)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 온도가 5℃ 초과인 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다.In addition, node 3 includes power usage data with a temperature of 5°C or lower among the power usage data included in node 2, and node 8 includes power usage data with a temperature of 5°C or lower among the power usage data included in node 2. May include excess power usage data.

또한, 노드(4)는 노드(3)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 습도가 48% 이하인 전력 사용량 데이터를 포함하고, 노드(5)는 노드(3)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 습도가 48% 초과인 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다.In addition, node 4 includes power usage data with a humidity of 48% or less among the power usage data included in node 3, and node 5 includes power usage data with a humidity of 48% or less among the power usage data included in node 3. May include excess power usage data.

또한, 노드(6)는 노드(5)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 풍속이 2.1m/s 이하인 전력 사용량 데이터를 포함하고, 노드(7)는 노드(5)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 풍속이 2.1m/s 초과인 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다.In addition, node 6 includes power usage data with a wind speed of 2.1 m/s or less among the power usage data included in node 5, and node 7 includes power usage data with a wind speed of 2.1 m/s or less among the power usage data included in node 5. May include power usage data exceeding 2.1 m/s.

또한, 노드(10)는 노드(9)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 습도가 86% 이하인 전력 사용량 데이터를 포함하고, 노드(11)는 노드(9)가 포함하는 전력 사용량 데이터 중에서 습도가 86% 초과인 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다.In addition, the node 10 includes power usage data with a humidity of 86% or less among the power usage data included in the node 9, and the node 11 includes power usage data with a humidity of 86% or less among the power usage data included in the node 9. May include excess power usage data.

이렇게 자식이 없는 잎 노드(4, 6, 7, 8, 10, 11)가 모두 결정되면, 각 잎 노드(4, 6, 7, 8, 10, 11)에 포함된 전력 사용량 데이터에 대해 분위수 회귀 계수를 추정할 수 있다.Once all leaf nodes (4, 6, 7, 8, 10, 11) without children are determined, quantile regression is performed on the power usage data contained in each leaf node (4, 6, 7, 8, 10, 11). The coefficient can be estimated.

이렇게 수집한 건물(500)의 전력 사용량 데이터와 외부 데이터를 바탕으로 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 구체적인 동작은 후술한다.The specific operation of generating a quantile regression tree model based on the power usage data of the building 500 and external data collected in this way will be described later.

다음 다시 도 8을 참조하면, 예측에 필요한 데이터를 입수한다(S200). 구체적으로, 예를 들어, 전력 수요 분석 장치(100)는, 예측이 필요한 시점의 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 예를 들어, 외부 데이터 제공 장치(200)로부터 제공받을 수 있다.Next, referring again to FIG. 8, data necessary for prediction is obtained (S200). Specifically, for example, the power demand analysis device 100 may receive external data including weather information at a time when prediction is needed, for example, from the external data providing device 200.

이 때에도, 제공되는 외부 데이터가 1시간 또는 3 시간 단위로 구분될 경우, 전력 수요 분석 장치(100)는, 제공 받은 외부 데이터를 예를 들어, 보간법 등을 이용하여 1시간 단위로 구분해서 저장할 수 있다. 그리고, 제공된 외부 데이터는 요일별로 구분되어 저장될 수 있다. 혹은, 제공된 외부데이터는 시간별로 구분되어 저장할 수 있다. 도 10에는 이렇게 외부 데이터 제공 장치(200)로부터 제공된 외부 데이터의 예시가 도시되어 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.Even in this case, when the provided external data is divided into 1-hour or 3-hour units, the power demand analysis device 100 can store the provided external data by dividing them into 1-hour units using, for example, an interpolation method. there is. Additionally, the provided external data can be stored separately by day of the week. Alternatively, the provided external data can be divided and stored by time. Figure 10 shows an example of external data provided from the external data providing device 200, but the technical idea of the present invention is not limited thereto.

예를 들어, 전력 사용량 예측이 필요한 시점이 2015년 10월 15일 15시 30분이라고 하면, 전력 수요 분석 장치(100)는 예측 시점의 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 외부 데이터 제공 장치(200)로부터 제공받을 수 있다. 이 때, 예측이 필요한 시점의 온도는 18℃, 습도는 50%로 예상된다고 가정하고 설명을 이어가도록 한다.For example, if the time when power usage prediction is needed is 15:30 on October 15, 2015, the power demand analysis device 100 sends external data including weather information at the time of prediction to the external data providing device 200. It can be provided from . At this time, we will continue the explanation assuming that the temperature at the time when prediction is needed is expected to be 18℃ and humidity is expected to be 50%.

한편, 도 8에서는 설명의 편의를 위해, 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 동작(S100) 뒤에 예측에 필요한 데이터를 입수하는 동작(S200)을 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 도시된 사항에 제한되는 것은 아니다. 다른 몇몇 실시예에서, 예측에 필요한 데이터를 입수하는 동작(S200)은 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 동작(S100) 앞에 수행될 수도 있으며, 예측에 필요한 데이터를 입수하는 동작(S200)은 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 동작(S100)과 같이 수행될 수도 있다.Meanwhile, in FIG. 8, for convenience of explanation, an operation (S200) of obtaining data necessary for prediction is shown after an operation of generating a quantile regression tree model (S100). However, the technical idea of the present invention is limited to the matters shown. That is not the case. In some other embodiments, the operation of obtaining data necessary for prediction (S200) may be performed before the operation of generating a quantile regression tree model (S100), and the operation of obtaining data necessary for prediction (S200) may be performed before the operation of generating a quantile regression tree model (S100). It may also be performed in the same manner as the operation to create a model (S100).

다음 다시 도 8을 참조하면, 전력 수요 예측을 수행한다(S300). 구체적으로, 전력 수요 분석 장치(100)는 생성된 분위수 회귀 나무 모형(예를 들어, 도 9)에서, 예측이 필요한 시점의 외부 데이터와 부합되는 잎 노드(4, 6, 7, 8, 10, 11)를 선택할 수 있다.Next, referring again to FIG. 8, power demand prediction is performed (S300). Specifically, the power demand analysis device 100 generates leaf nodes (4, 6, 7, 8, 10, 11) can be selected.

여기서는, 예측이 필요한 시점의 온도는 18℃, 습도는 50%로 예상되므로, 잎 노드(4, 6, 7, 8, 10, 11) 중에서 노드(10)이 선택될 수 있다. 그리고, 노드(10)의 회귀 추정량을 이용하여, 전력 수요 예측을 수행할 수 있다.Here, since the temperature at the time when prediction is required is expected to be 18°C and humidity is expected to be 50%, node 10 can be selected from leaf nodes (4, 6, 7, 8, 10, and 11). Also, power demand prediction can be performed using the regression estimator of the node 10.

구체적으로, 도 11을 참조하면, 노드(10)에 포함된 전력 사용 데이터를 바탕으로 추정한 분위수 회귀 추정량(QRL)을 이용하여, 전력 사용량 예측이 필요한 시점인 2015년 10월 15일 15시 30분에 98Wh의 전력이 사용될 것으로 예측됨을 알 수 있다.Specifically, referring to FIG. 11, at 15:30 on October 15, 2015, when power usage prediction is needed, using the quantile regression estimator (QRL) estimated based on the power usage data included in the node 10. It can be seen that 98Wh of power is predicted to be used per minute.

다음 다시 도 8을 참조하면, 전력 수요 예측 정보를 바탕으로 사용자 단말(600)에 정보를 제공하거나, 전력 소모 기구를 제어할 수 있다(S400).Next, referring to FIG. 8 again, information may be provided to the user terminal 600 or power consumption mechanisms may be controlled based on the power demand prediction information (S400).

예를 들어, 전력 수요 분석 장치(100)는 이렇게 예측된 전력 사용 정보를 건물 에너지 관리 장치(400)에 제공하고, 건물 에너지 관리 장치(400)는 이를 사용자 단말(600)에 제공할 수 있다. For example, the power demand analysis device 100 may provide this predicted power use information to the building energy management device 400, and the building energy management device 400 may provide this to the user terminal 600.

또한, 건물 에너지 관리 장치(400)는 제공받은 전력 사용 예측 정보를 바탕으로 전력 소모 기구(510)의 전력 소모량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 건물 에너지 관리 장치(400)는 실내 적정 온도를 고려할 경우, 냉방기에 대해서는 약 5% 전력을 줄이고, 전등 사용은 10% 정도 줄임으로써 건물(500)의 전력 사용량이 최소화되도록 전력 소모 기구(510)를 제어할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.Additionally, the building energy management device 400 may control the power consumption of the power consumption device 510 based on the provided power use prediction information. For example, when considering the appropriate indoor temperature, the building energy management device 400 is a power consumption device to minimize the power usage of the building 500 by reducing the power of the air conditioner by about 5% and the use of lights by about 10%. A control signal capable of controlling (510) can be generated.

몇몇 실시예에서, 건물 에너지 관리 장치는 전력 소모 기구(510)가 소모하는 전력의 피크 시간을 예측할 수도 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 대한민국 특허출원 제10-2015-0122845호에 개시되어 있으며, 상기 개시 내용은 여기에 참조로 포함될 수 있다.In some embodiments, the building energy management device may predict peak times of power consumed by the power consuming appliance 510. A detailed description of this is disclosed in Republic of Korea Patent Application No. 10-2015-0122845, and the disclosure may be incorporated herein by reference.

이처럼 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 시스템의 경우, 분위수 회귀 나무 모형을 생성하고 이를 이용함으로써 건물(500)에 대한 정확한 전력 사용량 예측이 가능할 수 있다. 또한, 이를 바탕으로 건물(500)의 전력 소모 기구(510)를 제어함으로써, 건물(500)의 효율적인 전력 운용이 가능할 수 있다.In this way, in the case of the power management system according to embodiments of the present invention, accurate power consumption prediction for the building 500 may be possible by generating and using the quantile regression tree model. Additionally, by controlling the power consumption mechanism 510 of the building 500 based on this, efficient power operation of the building 500 may be possible.

이하, 도 6, 도 9 및 도 12 내지 도 13을 참조하여, 전력 수요 분석 장치(100)가 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 동작(도 4의 S100)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 6, 9, and 12 to 13, the operation of the power demand analysis device 100 to generate a quantile regression tree model (S100 in FIG. 4) will be described in more detail.

도 12은 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치의 분위수 회귀 나무 모형 생성 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 도 13은 도 7에 도시된 회귀 계수 추정기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of generating a quantile regression tree model of the power demand analysis device shown in FIG. 6. FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the regression coefficient estimator shown in FIG. 7.

도 12를 참조하면, 전력 수요 모형의 학습에 필요한 자료를 제공한다(S110).Referring to Figure 12, data necessary for learning the power demand model is provided (S110).

예를 들어, 전력 수요 분석 장치(100)는, 건물 에너지 관리 장치(400)로부터 건물(500)의 전력 사용량 데이터를 제공받고, 외부 데이터 제공 장치(200)로부터 기상 정보 등을 포함하는 외부 데이터를 제공받을 수 있다. 그리고, 전력 수요 분석 장치(100)는, 제공받은 데이터를 분위수 회귀 나무 모형 생성에 필요한 형태로 저장할 수 있다.For example, the power demand analysis device 100 receives power usage data of the building 500 from the building energy management device 400 and receives external data including weather information from the external data providing device 200. It can be provided. Additionally, the power demand analysis device 100 may store the provided data in a form necessary for generating a quantile regression tree model.

몇몇 실시예에서, 건물(500)의 전력 사용량 데이터는 건물(500)의 전력 사용량 예측일 직전의 충분한 기간(예를 들어, 3개월 이상) 동안의 건물(500)의 전력 사용량 데이터를 포함할 수 있다.In some embodiments, the power usage data for building 500 may include power usage data for building 500 for a sufficient period of time (e.g., three months or more) immediately prior to the power usage forecast date for building 500. there is.

그리고, 동 기간 동안의 외부 데이터도, 건물(500)의 전력 사용량 예측일 직전의 충분한 기간(예를 들어, 3개월 이상) 동안의 기상 정보를 포함할 수 있다.In addition, external data during the same period may also include weather information for a sufficient period (for example, 3 months or more) immediately before the power usage forecast date of the building 500.

만약 기상 정보가 1시간 또는 3시간 단위로 제공될 경우, 이러한 기상 정보는 예를 들어, 보간법 등을 이용하여 15분 단위로 구분해서 저장될 수 있다.If weather information is provided in 1-hour or 3-hour increments, such weather information can be divided into 15-minute increments and stored, for example, using interpolation.

몇몇 실시예에서, 전력 사용량 데이터는 요일별로 구분되어 저장될 수도 있다. 도 12에는 분위수 회귀 나무 모형을 생성하기 위해, 전력 수요 분석 장치(100)에 제공된 데이터의 예를 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 예시에 제한되는 것은 아니다.In some embodiments, power usage data may be stored separately by day of the week. Figure 12 shows an example of data provided to the power demand analysis device 100 to generate a quantile regression tree model, but the technical idea of the present invention is not limited to this example.

다시 도 12를 참조하면, 대상 노드에 대해 분위수 회귀 계수를 추정한다(S120).Referring again to FIG. 12, the quantile regression coefficient is estimated for the target node (S120).

이하의 과정을 설명하기 전에, 먼저 아래와 같이 용어를 정의한다.Before explaining the following process, terms are first defined as follows.

Y: 반응변수(유클리디안 공간에 정의된 15분 단위 전력사용량)Y: Response variable (power usage per 15 minutes defined in Euclidean space)

X: 적합변수(각 노드에서 분위수 회귀모형에 사용되는 차원 설명변수, 예를 들어, 1차원 온도)X: Fitted variable (used in the quantile regression model at each node) dimensional explanatory variable (e.g. 1-dimensional temperature)

Z: 분할변수(자료 분류에 사용되는 d차원 설명변수, 예를 들어, 기상 정보 및 요일정보 등)Z: Split variable (d-dimensional explanatory variable used for data classification, such as weather information and day of the week information, etc.)

t: 모형 내 임의의 노드, (예를 들어, 뿌리 노드의 경우 t=1)t: any node in the model, (e.g. t=1 for the root node)

& : 노드 t의 자식노드들 (예를 들어, 도 5에서 1번 노드의 tL은 2번 노드, tR은 9번 노드) & : Child nodes of node t (for example, in Figure 5, t L of node 1 is node 2, t R is node 9)

N: 뿌리노드의 총 관측치 수 (분석 대상 전체 샘플수)N: Total number of observations of root nodes (total number of samples subject to analysis)

: 노드 t에서의 관측치 수 (해당 노드의 샘플수) : Number of observations at node t (number of samples of that node)

: 노드 t에서 분위수 τ에 대한 회귀 추정량 : regression estimator for quantile τ at node t

먼저, 전력 수요 분석 장치(100)의 회귀 계수 추정기(도 7의 120)는 도 9의 노드(1)에 대해 분위수 회귀 계수를 추정할 수 있다. 구체적으로, 몇몇 실시예에서, 전력 수요 분석 장치(100)의 회귀 계수 추정기(도 7의 120)는 노드(1)에 포함된 전력 사용 데이터에 대해 분위수 회귀 계수를 추정할 수 있다.First, the regression coefficient estimator (120 in FIG. 7) of the power demand analysis device 100 may estimate the quantile regression coefficient for node 1 in FIG. 9. Specifically, in some embodiments, the regression coefficient estimator (120 in FIG. 7) of the power demand analysis apparatus 100 may estimate a quantile regression coefficient for power usage data included in the node 1.

구체적으로, 회귀 계수 추정기(120)는 노드(1)에서 분위수회귀계수 를 추정할 수 있다. Specifically, the regression coefficient estimator 120 calculates the quantile regression coefficient at node 1. can be estimated.

노드 t에서 p차원 적합변수 X(예를 들어, 온도)와 반응변수 Y(예를 들어, 전력 사용량)에 대한 100τ% 조건부 분위수 함수 (conditional quantile function of Y given X)는 아래 <수학식1>과 같이 정의될 수 있다.The 100τ% conditional quantile function of Y given X for the p-dimensional fit variable It can be defined as follows.

<수학식1><Equation 1>

여기서, 선형 분위수 함수는 아래 <수학식2>와 같이 정의될 수 있다.Here, the linear quantile function can be defined as <Equation 2> below.

<수학식2><Equation 2>

= =

목적함수(objective function)는 아래 <수학식3>과 같으며, 체크 손실함수(check loss function)는 <수학식4>와 같을 수 있다.The objective function may be as shown in <Equation 3> below, and the check loss function may be as in <Equation 4>.

<수학식3><Equation 3>

<수학식4><Equation 4>

예를 들어, 분위수 를 0.1으로 결정할 경우, 분위수회귀계수 은 도 13의 ②가 될 수 있고, 분위수 를 0.5로 결정할 경우, 분위수회귀계수 은 도 13의 ①이 될 수 있고 분위수 를 0.9로 결정할 경우, 분위수회귀계수 은 도 13의 ③이 될 수 있다.For example, quantiles If is determined to be 0.1, the quantile regression coefficient can be ② in Figure 13, and the quantile If is determined to be 0.5, the quantile regression coefficient can be ① in Figure 13 and the quantile If is determined to be 0.9, the quantile regression coefficient can be ③ in Figure 13.

다시 도 12를 참조하면, 대상 노드가 정지 조건을 만족하는지 판단한다(S130).Referring again to FIG. 12, it is determined whether the target node satisfies the stop condition (S130).

구체적으로, 대상 노드가 아래 규칙 중 어느 하나를 만족하는지 판단한다.Specifically, it is determined whether the target node satisfies one of the rules below.

규칙 1: 노드 t의 샘플사이즈 가 자료 적합이 되지 않을만큼 충분히 작은 경우Rule 1: Sample size of node t is small enough to not fit the data.

(예를 들어, 여기서 충분히 작은 경우는 샘플 사이즈의 5%를 의미할 수 있으며, 샘플 사이즈가 클 경우 1%를 사용할 수도 있음)(For example, small enough might mean 5% of the sample size, while if the sample size is large you might use 1%)

규칙 2: 노드 t의 모형 설명력이 자료를 충분히 설명한 만큼 큰 경우Rule 2: When the model explanatory power of node t is large enough to sufficiently explain the data

(예를 들어, 설명력의 척도인 결정계수(R-squared) 값(range: 0~1)이 0.8 이상인 경우, 또는 경험적 확률분포를 이용할 수 있음)(For example, if the coefficient of determination (R-squared) value (range: 0~1), which is a measure of explanatory power, is 0.8 or higher, or an empirical probability distribution can be used)

규칙 3: 노드 t에서 선택된 분류변수의 유의확률이 미리 정의된 유의수준 α보다 큰 경우Rule 3: When the significance probability of the classification variable selected at node t is greater than the predefined significance level α

판단 결과, 만약 노드 t가 정지 조건을 만족한다면, 분위수 회귀 나무 모형 생성을 끝내고, 만약 노드 t가 정지 조건을 만족하지 않는다면, 다음 단계를 수행한다.As a result of the judgment, if node t satisfies the stopping condition, the creation of the quantile regression tree model is completed. If node t does not satisfy the stopping condition, the next step is performed.

노드(1)은 정지 조건을 만족하지 않으므로, 다음 단계를 수행한다.Since node 1 does not satisfy the stopping condition, the next step is performed.

다시 도 12를 참조하면, 대상 노드에 대한 분류 변수를 선택한다(S140). 예를 들어, 전력 수요 분석 장치(100)의 분류 변수 결정기(130)는 모든 분할변수 에 대해 회귀계수의 안정성 검정을 실시하고, 이 중 가장 불안정한 분할변수를 자료 분류변수로 지정할 수 있다.Referring again to FIG. 12, a classification variable for the target node is selected (S140). For example, the classification variable determiner 130 of the power demand analysis device 100 determines all the division variables A stability test of the regression coefficient can be performed, and the most unstable partition variable among these can be designated as the data classification variable.

구체적으로, 분류 변수 결정기(130)는 아래와 같은 과정을 통해 노드 t에서 분할 가능한 모든 분할변수에 대해 의 변동성을 검정하여 가장 변동이 심한 분할변수 Zj를 해당 노드의 분류변수로 지정할 수 있다. (여기서, Zj는 습도, 풍속 등의 기상상황 또는 불쾌지수, 체감온도, 당일기상상태 또는 공휴일 여부 등의 기타 상태 정보를 포함할 수 있다.)Specifically, the classification variable determiner 130 determines all split variables that can be split at node t through the following process. About By testing the volatility of , the most volatile partition variable Z j can be designated as the classification variable for the node. (Here, Z j may include weather conditions such as humidity and wind speed, or other status information such as discomfort index, perceived temperature, weather conditions on the day, or whether it is a public holiday.)

질레이스와 호닉(Zeileis and Hornik (2007))이 제안한 점수기반 변동성검정(score-based fluctuation test)을 이용하여 임의의 분할변수 에 대한 변동성의 정도를 아래 <수학식5>의 경험 변동 프로세스(empirical fluctuation process)를 이용하여 측정할 수 있다.Random split variable using the score-based fluctuation test proposed by Zeileis and Hornik (2007) The degree of volatility can be measured using the empirical fluctuation process of <Equation 5> below.

<수학식5><Equation 5>

(여기서, 는 목적함수의 스코어함수(score function), 번째 분할변수의 번째 관측치, 는 그래디언트 추정량의 외적 (outer-product-of gradient estimates))(here, is the score function of the objective function, Is of the second split variable second observation, is the outer-product-of gradient estimates

그리고 변동성 검정의 귀무가설 아래에서 Wj(t)는 k-차원 브라우니안 브릿지(k-dimensional Brownian bridge)에 수렴하므로 유의확률이 가장 작은 분할변수는 노드 t에서의 변동이 가장 큰 변수를 의미할 수 있다.And since W j (t) converges to the k-dimensional Brownian bridge under the null hypothesis of the volatility test, the partition variable with the smallest significance probability means the variable with the largest variation at node t. You can.

변동성 검정에서 가장 유의한 변수를 선택하여 나무 구조를 키우면 노드 간에는 이질적이며 노드 내에서는 동질적인 자료로 전체자료를 분할 가능한 장점이 있다.Growing the tree structure by selecting the most significant variable in the volatility test has the advantage of dividing the entire data into heterogeneous data between nodes and homogeneous data within the node.

유의확률은 검정 통계량을 이용해서 연산하며, 연속형 분할변수(예를 들어 습도 등)의 검정 통계량은 앤드류(Andrew (1993))의 supLM 통계량(supLM statistic of Andrew)을 이용하여 <수학식6>과 같이 계산할 수 있다.The significance probability is calculated using a test statistic, and the test statistic for continuous partition variables (e.g. humidity, etc.) is calculated using the supLM statistic of Andrew (Andrew (1993)) <Equation 6> It can be calculated as follows.

<수학식6><Equation 6>

. .

(의 극한분포(limiting distribution)는 타이드-다운 베셀 프로세스(tied-down Bessel process)의 상한에 대한 분포이기에 유의확률 계산 가능)( Since the limiting distribution of is a distribution for the upper limit of the tied-down Bessel process, the probability of significance can be calculated)

j번째 분할변수가 범주형인 경우 (즉, 범주형 분할변수 개의 카테고리를 가진 경우, (예를 들어 공휴일 여부 등 등)), <수학식7>과 같이 카이제곱 통계량을 이용하여 계산할 수 있다. If the jth split variable is categorical (i.e., categorical split variable go If there are categories (for example, whether it is a public holiday, etc.), it can be calculated using the chi-square statistic as shown in <Equation 7>.

<수학식7><Equation 7>

(여기서 번째 카테고리에서의 경험 변동 프로세스의 증분(increment), 의 극한분포(limiting distribution)는 자유도 의 자유도를 가진 카이제곱 분포이므로 유의확률 계산 가능)(here Is Increment of experience variation process in the second category, The limiting distribution of Since it is a chi-square distribution with degrees of freedom, significance probability can be calculated)

이와 같은 과정을 통해, 모든 분할변수중 유의확률이 가장 작은 분할변수 를 노드 t의 분류변수로 지정할 수 있다.Through this process, the split variable with the lowest significance probability among all split variables can be designated as the classification variable of node t.

여기서, 본 실시예에 따른 분류 변수 결정기(130)는 분할 변수가 연속형 분할변수 인지 아니면 범주형 분류 변수인지에 따라, 서로 구분하여 분류 변수를 선택할 수 있다.Here, the classification variable determiner 130 according to this embodiment can select classification variables separately depending on whether the division variable is a continuous division variable or a categorical classification variable.

다시 도 12를 참조하면, 분류 변수에 대한 분류 지점을 선택한다(S150).Referring again to FIG. 12, a classification point for a classification variable is selected (S150).

예를 들어, 전력 수요 분석 장치(100)의 분류 변수 결정기(130)는 노드 t를 자식노드 로 나누기 위해 국소 최적화 방법론을 이용하여 자료 분류지점을 선택할 수 있다.For example, the classification variable determiner 130 of the power demand analysis device 100 refers to node t as a child node. class In order to divide, the data classification point can be selected using local optimization methodology.

여기서는, 자료의 해석 및 계산 편의성을 위해 2개의 자식노드 로 나누기 위한 이진분류(binary segmentation)에 기반한 분류지점 선택 알고리즘에 초점을 맞추나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.Here, two child nodes are used for data interpretation and calculation convenience. class The focus is on a classification point selection algorithm based on binary segmentation for division, but the technical idea of the present invention is not limited to this.

노드 t에서의 오차함수(impurity function)는 아래 <수학식8>과 같이 정의될 수 있다.The error function at node t can be defined as shown in Equation 8 below.

<수학식8><Equation 8>

그리고, <수학식9>와 같은 노드 t와 자식노드 간의 오차함수의 감소량 를 평가하여 가장 큰 오차 감소를 보이는 분류 규칙 (연속형 분류변수) 혹은 (범주형 분류변수) 선택할 수 있다.And, node t and child nodes as in <Equation 9> class The amount of reduction in the error function between The classification rule that shows the greatest error reduction by evaluating (continuous classification variable) or (Categorical classification variable) can be selected.

<수학식9><Equation 9>

이를 위해 모든 가능한 경우를 탐색하여 자식 노드 의 후보 분류점 C 혹은 분류집합 A를 구성할 수 있다.To do this, we explore all possible cases to find child nodes class A candidate classification point C or a classification set A can be formed.

다시 도 12를 참조하면, 이와 같이 분류 변수와 분류 지점이 선택되면 대상 노드를 자식 노드들로 분할하고 자식 노드들을 대상 노드로 설정할 수 있다. (S160). 그리고, 대상 노드가 정지 조건을 만족(S130)할 때까지, S120 내지 S160의 과정을 반복할 수 있다.Referring again to FIG. 12, when the classification variable and classification point are selected in this way, the target node can be divided into child nodes and the child nodes can be set as target nodes. (S160). Then, the processes from S120 to S160 can be repeated until the target node satisfies the stop condition (S130).

앞서 설명한 본 발명의 실시예들 중 적어도 일부는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 전력 수요 분석 장치(100)가 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 동작(도 8의 S110 내지 S160)은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능할 수 있다.At least some of the embodiments of the present invention described above may be implemented as computer-readable code on a computer-readable recording medium. For example, the operation of the power demand analysis device 100 shown in FIG. 6 to generate a quantile regression tree model (S110 to S160 of FIG. 8) is implemented as computer-readable code on a computer-readable recording medium. It may be possible to do so.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함할 수 있다. Computer-readable recording media may include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함할 수 있다. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices, and can also be implemented in the form of a carrier wave (e.g., transmitted via the Internet). It can be included.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 구현됨으로써, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.In addition, computer-readable recording media are distributed and implemented in computer systems connected to a network, so that computer-readable codes can be stored and executed in a distributed manner.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be manufactured in various different forms, and can be manufactured in various different forms by those skilled in the art. It will be understood by those who understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

100: 전력 수요 분석 장치
200: 외부 데이터 제공 장치
300: 네트워크
400: 건물 에너지 관리 장치
100: Power demand analysis device
200: External data provision device
300: Network
400: Building energy management device

Claims (16)

프로세서; 및
상기 프로세서를 이용하여 수행되는 회귀계수 추정기와 분류 변수 결정기가 저장된 저장부를 포함하되,
상기 회귀 계수 추정기와 분류 변수 결정기는,
건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 제공받아, 상기 외부 데이터 중 적어도 하나를 분류 변수로 하는 회귀 나무(Regression Tree) 모형을 생성하는 전력 수요 분석 장치.
processor; and
A storage unit storing a regression coefficient estimator and a classification variable determiner performed using the processor,
The regression coefficient estimator and classification variable determiner are,
A power demand analysis device that receives external data including building power usage data and weather information and generates a regression tree model using at least one of the external data as a classification variable.
제 1항에 있어서,
상기 회귀 나무(Regression Tree) 모형은, 분위수(quantile) 회귀 나무 모형을 포함하는 전력 수요 분석 장치.
According to clause 1,
The regression tree model is a power demand analysis device including a quantile regression tree model.
제 1항에 있어서,
상기 분류 변수는 연속형 분류 변수와 범주형 분류 변수를 포함하고,
상기 분류 변수 결정기는, 상기 연속형 분류 변수와 상기 범주형 분류 변수에 대해 서로 다른 방법을 사용하여 상기 분류 변수를 결정하는 전력 수요 분석 장치.
According to clause 1,
The classification variables include continuous classification variables and categorical classification variables,
The classification variable determiner is a power demand analysis device that determines the classification variable using different methods for the continuous classification variable and the categorical classification variable.
제 3항에 있어서,
상기 분류 변수 결정기는, 상기 분류 변수가 결정되면, 상기 결정된 분류 변수에 대해 분류 지점을 선택하는 전력 수요 분석 장치.
According to clause 3,
The classification variable determiner is a power demand analysis device that, when the classification variable is determined, selects a classification point for the determined classification variable.
제 1항에 있어서,
상기 회귀 나무 모형을 생성하는 것은,
대상 노드에 대해 분위수 회귀 계수를 추정하는 것과,
상기 대상 노드에 대해 상기 분류 변수를 선택하는 것과,
상기 분류 변수에 대한 분류 지점을 선택하는 것을 포함하는 전력 수요 분석 장치.
According to clause 1,
Creating the regression tree model involves:
estimating the quantile regression coefficient for the target node;
selecting the classification variable for the target node;
Power demand analysis device comprising selecting a classification point for the classification variable.
제 5항에 있어서,
상기 회귀 나무 모형을 생성하는 것은,
상기 대상 노드가 정지 조건을 만족할 때까지, 상기 분위수 회귀 계수 추정, 상기 분류 변수 선택, 및 상기 분류 지점을 선택하는 것을 반복하는 것을 더 포함하는 전력 수요 분석 장치.
According to clause 5,
Creating the regression tree model involves:
Power demand analysis device further comprising repeating the quantile regression coefficient estimation, selecting the classification variable, and selecting the classification point until the target node satisfies a stopping condition.
제 1항에 있어서,
상기 건물의 전력 사용량 데이터는, 요일, 시간, 및 상기 기상 정보에 따라 분류되어 상기 회귀 나무 모형을 생성하는데에 이용되는 전력 수요 분석 장치.
According to clause 1,
A power demand analysis device in which the power consumption data of the building is classified according to the day of the week, time, and the weather information and used to generate the regression tree model.
건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 제1 외부 데이터를 제공받아, 상기 제1 외부 데이터 중 적어도 하나를 분류 변수로 분위수 회귀 나무 모형을 생성하는 전력 수요 분석 장치; 및
상기 분위수 회귀 나무 모형을 이용하여 예측된 전력 수요 예측 정보를 바탕으로 건물 에너지 관리를 수행하는 건물 에너지 관리 장치를 포함하는 전력 관리 시스템.
A power demand analysis device that receives first external data including building power usage data and weather information and generates a quantile regression tree model using at least one of the first external data as a classification variable; and
A power management system including a building energy management device that performs building energy management based on power demand prediction information predicted using the quantile regression tree model.
제 8항에 있어서,
상기 전력 수요 분석 장치는, 상기 제1 외부 데이터와 다르고 기상 정보를 포함하는 제2 외부 데이터를 제공받고, 상기 제1 외부 데이터를 바탕으로 생성된 분위수 회귀 나무 모형을 이용하여 상기 제2 외부 데이터에 부합되는 상기 전력 수요 예측 정보를 생성하는 전력 관리 시스템.
According to clause 8,
The power demand analysis device receives second external data that is different from the first external data and includes weather information, and uses a quantile regression tree model generated based on the first external data to determine the second external data. A power management system that generates the corresponding power demand prediction information.
제 9항에 있어서,
상기 제1 외부 데이터와 상기 제2 외부 데이터는, 서로 다른 시간 단위로 구분되어 이용되는 전력 관리 시스템.
According to clause 9,
A power management system in which the first external data and the second external data are used separately in different time units.
제 8항에 있어서,
상기 건물의 전력 사용량 데이터는 상기 건물 내에서 전력 소비와 관련된 그룹 별로 제공되는 전력 관리 시스템.
According to clause 8,
A power management system in which power usage data of the building is provided for each group related to power consumption within the building.
전력 소모 기구와 건물 내의 배선이 만나는 접점에 설치되어 상기 건물의 전력 사용량 데이터를 측정하는 전력 측정기; 및
특정 시점의 상기 건물의 전력 수요 예측 정보를 바탕으로 상기 전력 소모 기구를 제어하는 건물 에너지 관리 장치를 포함하되,
상기 건물의 전력 수요 예측 정보는, 상기 건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 바탕으로 분위수 회귀 나무 모형을 생성함으로써 결정되는 전력 관리 시스템.
A power meter installed at the contact point where power consumption equipment and wiring within the building meet to measure power usage data of the building; and
It includes a building energy management device that controls the power consumption devices based on predicted power demand information of the building at a specific point in time,
A power management system in which the building's power demand prediction information is determined by generating a quantile regression tree model based on external data including the building's power usage data and weather information.
제 12항에 있어서,
상기 건물의 전력 사용량 데이터는, 과거 일정 기간 동안의 상기 건물의 전력 사용량 데이터를 포함하고,
상기 외부 데이터는, 상기 과거 일정 기간 동안의 기상 정보를 포함하는 제1 외부 데이터와, 상기 특정 시점의 기상 정보를 포함하는 제2 외부 데이터를 포함하는 전력 관리 시스템.
According to clause 12,
The power usage data of the building includes power usage data of the building over a certain period of time in the past,
The external data includes first external data including weather information for a certain period of time in the past, and second external data including weather information at the specific point in time.
건물의 전력 사용량 데이터와 기상 정보를 포함하는 외부 데이터를 바탕으로 회귀 나무 모형을 생성하는 전력 수요 분석 프로그램으로서,
(a) 대상 노드에 대해 회귀 계수를 추정하는 단계와,
(b) 상기 대상 노드에 대해 분류 변수를 선택하는 단계와,
(c) 상기 분류 변수에 대한 분류 지점을 선택하는 단계를 포함하는 전력 수요 분석 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
A power demand analysis program that generates a regression tree model based on external data including building power usage data and weather information,
(a) estimating the regression coefficient for the target node,
(b) selecting a classification variable for the target node,
(c) A computer-readable recording medium storing a power demand analysis program including the step of selecting a classification point for the classification variable.
제 14항에 있어서,
상기 대상 노드에 대해 회귀 계수를 추정하는 단계는, 상기 대상 노드에 대해 분위수 회귀 계수를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 회귀 나무 모형은, 분위수 회귀 나무 모형을 포함하는 전력 수요 분석 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
According to clause 14,
The step of estimating a regression coefficient for the target node includes estimating a quantile regression coefficient for the target node,
The regression tree model is a computer-readable recording medium storing a power demand analysis program including a quantile regression tree model.
제 14항에 있어서,
상기 대상 노드가 정지 조건을 만족할 때까지, 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 전력 수요 분석 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
According to clause 14,
A computer-readable recording medium storing a power demand analysis program, further comprising repeating steps (a) to (c) until the target node satisfies a stop condition.
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