WO2020111561A1 - 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템 및 방법으로, 태양광 모듈들; 측정된 전류, 전압, 전력 데이터가 제어 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭하는 노드 제어부들; 측정된 데이터를 저장하는 게이트웨이부; 데이터를 분류, 대조, 분석을 처리하여 저장하고, 제어 명령을 상기 게이트웨이부로 전송하는실시간 제어 모듈; 및 장치 및 데이터를 모니터링하며 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 수행된 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 제공하는 머신 러닝을 포함한다.
Description
본 발명은 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전 모듈들의 전압, 전력 정보를 실시간으로 수집하고 수집된 정보를 머신러닝 플랫폼에서 학습하고 학습 결과에 따라 다양한 서비스 기능에 대한 모델링을 수행하여 추출된 제어 정보에 의하여 태양광 발전 모듈들을 제어하고, 태양광 발전 모듈과 연결된 기기들을 실시간으로 분석하여 태양광 발전 시스템을 실시간 제어할 수 있는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템 및 방법에 대한 것이다.
태양광 발전은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전류를 생산하는 발전 방법으로서, 여러 개의 태양 전지들이 붙어있는 태양광 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용하여 전기를 생산하게 된다.
세계적으로 환경오염 및 자원고갈 문제를 해결하기 위하여 신재생 에너지 사업을 활발히 추진하고 있다.
우리나라에서도 환경오염 및 에너지 위기에 대응하려는 배경 하에 태양 에너지를 이용한 태양광 전원의 설치는 매년 증가하고 있으며, 성능향상을 위한 상태진단 기술 및 발전량 예측기술이 요구되고 있다.
최근에는 태양광 등의 신재생 에너지, 에너지 저장 시스템 등이 도입됨에 따라 이들의 통합운전과 전력량을 제어하는 기술로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망(Smart Grid)이 점차 보급 중이다.
그러나, 태양광 전원의 현재 유지보수 관리체계는 전체 시스템의 인버터 출력만 계측하고, 웹캠에 의한 단순 현장 모니터링만 하고 있어, 운전 중 문제가 발생했을 때 성능저하와 운전정지 원인, 고장위치 파악에 많은 시간이 소요되고 있다. 또한, 태양광 전원의 데이터 확보 부재로 인하여 고장유형, 고장패턴 및 환경변화에 따른 발전량 변화를 파악하기 어렵다.
또한, 도 1은 종래의 일반적인 태양광발전 상태진단 시스템을 나타내는 개략도인데, 종래의 태양광 발전 기술은 다수의 태양광 전지 모듈 중 어느 하나에서 고장이 발생한 경우에 어느 모듈에서 고장 또는 이상상태가 발생했는지를 파악하는 것이 용이하지 않고, 일사량이 적어서 발전 용량이 작은 것인지, 모듈의 고장 또는 이상상태 발생으로 발전 용량이 떨어진 것인지를 원격지에서 판단하는 것이 불가능하다.
특히, 전력을 생산하는 태양광 패널의 특정 모듈에서 모듈의 고장 또는 이상상태 발생으로 발전 용량이 떨어지게 되면 전체적인 태양광 발전 용량이 저하되어 전력 생산에 차질이 발생하게 되는 문제점이 있다.
이에 따라, 기존 태양광 발전 시스템은 수많은 태양광 모듈 및 이에 연결된 기기 특성에 영향을 받게 되지만, 이러한 개별 특성은 모두 제어하기가 어렵기 때문에 머신러닝기법을 활용한 태양광 발전 제어 시스템이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 그의 목적은 태양광 발전 모듈들의 전압, 전력 정보를 실시간으로 수집하고 수집된 정보를 머신러닝 플랫폼에서 학습하고 학습 결과에 따라 다양한 서비스 기능에 대한 모델링을 수행하여 추출된 제어 정보에 의하여 태양광 발전 모듈들을 제어하고, 태양광 발전 모듈과 연결된 기기들을 실시간으로 분석하여 태양광 발전 시스템을 실시간 제어할 수 있는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템은, 태양광 발전을 하는 복수 개의 태양광 모듈이 직렬로 연결되어 적어도 2 이상의 행과 열로 배열되는 태양광 모듈들; 상기 태양광 모듈들로부터 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 각각 측정하고 측정된 데이터가 제어 설정된 전류, 전압, 전력 제어 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭하는 노드 제어부들; 태양광 모듈들로부터 측정되는 전압, 전류, 전력 측정 데이터를 상기 노드 제어부들로부터 전송받아 상기 측정 데이터를 파싱 처리하여 측정 데이터를 저장하는 게이트웨이부; 상기 게이트웨이로부터 파싱된 데이터를 전송받아 분류, 대조, 분석을 처리하여 데이터베이스에 저장하고, 노드 제어부들을 제어하기 위한 제어 데이터를 설정하는 제어 명령을 상기 게이트웨이부로 전송하는 실시간 제어 모듈; 및 상기 실시간 제어 모듈과 인터넷 또는 통신망으로 연결되어 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 구성 장치 및 데이터를 모니터링하며 상기 실시간 제어모듈로부터 전송된 데이터를 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 모델링을 수행하며 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 실시간 제어 모듈로 제공하는 머신 러닝 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에 있어서, 상기 노드 제어부는, 태양광 모듈에서 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 측정하는 측정부; 상기 측정된 데이터와 상기 실시간 제어모듈로부터 전송된 전류, 전압을 제어하기 위하여 정의되는 제어 데이터를 비교하여 측정된 데이터가 정의된 제어 데이터에 미달여부를 판단하여 태양광 모듈 동작을 스위칭 제어하는 분석 컨트롤부; 상기 노드 제어부 내부에 저장된 데이터를 외부로 전송하고 실시간 제어모듈로부터 제어 데이터를 받아서 노드 제어부로 전송하는 데이터 전송 관리부; 및 상기 분석 컨트롤부에서 판단된 결과에 따라서 상기 노드 제어부에 연결되는 태양광모듈을 차단하거나 연결하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에 있어서, 상기 게이트웨이부는, 상기 노드 제어부로부터 수신된 측정 데이터를 실시간 제어 모듈로 송신하고 실시간 제어 모듈로부터 전송되는 제어 명령 데이터를 수시하여 상기 노드 제어부로 전송하는 데이터 수집 관리부; 노드 제어부로부터 수신된 측정 데이터를 파싱 처리하는 데이터 처리부; 및 상기 데이터 처리부에 의하여 파싱 처리된 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에 있어서, 상기 실시간 제어 모듈은, 게이트웨이부와 실시간 제어 모듈 사이와 실시간 제어 모듈과 통합 정보 서버 사이에서 실시간으로 데이터 송수신을 위한 인터페이스부; 태양광 모듈에서 측정된 전류, 전압, 전력 데이터를 상기 게이트웨이부를 통하여 전송받아 분류, 대조, 분석을 처리하는 데이터 분석부; 상기 데이터 분석부의 처리 결과를 이용하여 태양광 모듈 제어에 필요한 기준 데이터를 추출하여 제어 명령을 판단하는 제어 판단부; 태양광 모듈을 제어하기 위하여 제어 데이터를 정의하고 게이트웨이로 실시간으로 전송하는 제어 명령 처리부; 및 실시간 제어 모듈 내부에서 태양광 모듈을 제어하기 위한 제어 기능을 추가하거나 삭제하는 관리 기능을 수행하는 서비스 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에 있어서, 상기 머신 러닝 서버는, 머신 러닝 서버에서 실시간으로 데이터 송수신을 위한 인터페이스부; 태양광 모듈, 노드 제어부, 게이트웨이부, 실시간 제어 모듈을 포함하는 태양광 발전 구성 장치로부터 전송되는 태양광 발전 데이터를 분석, 분류, 대조, 변환을 특성에 따라 통합 처리하여 감시하는 모니터링부; 모니터링부에서 전송되는 상기 통합 처리된 테이터의 프로파일 정보에 따라 기계 학습 처리 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부에 따라 신규 학습이 필요한 데이터에 대하여 신규학습을 수행하는 학습 모듈; 상기 학습된 결과를 이용하여 데이터를 추출하고 모델링을 수행하는 모델링부; 상기 학습 결과와 모델링 수행 결과를 저장하는 학습 데이터베이스; 상기 학습 데이터베이스에서 태양광 발전 제어를 위해서 모델링 데이터를 가져오고 상기 판단부에서 학습 판단되지 않은 데이터와 함께 태양광 발전 제어를 위한 서비스부로 전송하는 제어부; 상기 제어부로 부터 전달되는 기준 모델들 중에서 선택하여 태양광 제어 서비스 데이터를 정의하고 인터페이스를 통하여 실시간 제어 모듈로 전송하는 서비스부; 상기 서비스부에 전달된 모델링 데이터 리스트를 삭제하거나 추가하고 업데이트하여 관리하기 위한 서비스 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에 있어서, 상기 모니터링부는 데이터 인터페이스롤 통하여 실시간 제어모듈과 데이터 송수신을 처리하며, 상기 서비스부는 개방형 인터페이스부와 연결되어 제어부에서 전달 받은 데이터를 응용 서비스로 변환하여 제공하거나 다양한 응용프로그램에서 요청하는 데이터를 제공하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 방법은, 노드 제어부가 태양광 모듈들로부터 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 각각 측정하는 단계; 게이트웨이부는 측정 데이터를 노드 제어부들로부터 전송받아 파싱 처리하고 저장하는 단계; 실시간 제어 모듈은 파싱된 데이터를 분류, 대조, 분석을 처리하여 데이터베이스에 저장하고 머신 러닝 서버로 전송하는 단계; 머신 러닝 서버는 실시간 제어모듈로부터 전송된 데이터를 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 모델링을 수행하며 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 실시간 제어 모듈로 제공하는 단계; 실시간 제어모듈은 노드 제어부들을 제어하기 위한 제어 명령 데이터를 게이트웨이부로 전송하는 단계; 게이트웨이부는 실시간 제어 모듈로부터 수신된 제어 명령 데이터를 노드 제어부로 전송하는 단계; 노드 제어부는 태양광 모듈에서 측정된 데이터가 제어 명령 데이터에 따라 설정된 전류, 전압, 전력 제어 기준 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면 전압, 전력 정보를 실시간으로 수집하고 수집된 정보를 머신러닝 플랫폼에서 학습하고 학습 결과에 따라 다양한 서비스 기능에 대한 모델링을 수행하여 추출된 제어 정보에 의하여 태양광 발전 모듈들을 제어함으로써 태양광모듈에서 생산되는 전력량을 균일하게 제어함으로써 최적의 전력 생산량을 유지하도록 하는 효과가 있다.
또한, 다양한 태양광 발전에 사용되는 정보전달 기기들과 전기 기기들의 사양 및 프로토콜을 등록하여 머신러닝 기반 제어 관리함으로써 하위 로컬 공간에 연결된 각종 정보전달 기기와 전기기기들의 정보를 손쉽게 연결하고 프로토콜을 정의하고, 서비스 모듈을 개발할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의하면 태양광 모듈에 연결된 각각의 측정 데이터를 실시간으로 머싱 러닝 플팻폼에 전달함으로써 학습기능에 의하여 고장 기기 인식정보와 유형정보를 머신 러닝 서버로 전송하여 광역의 태양광발전의 기기 고장 상황과 고장 유형의 특성을 실시간으로 분석하여 사용자에게 서비스 할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래의 일반적인 태양광발전 상태진단 시스템을 나타내는 개략도이다.
도2는 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템의 전체 구성 블록도이다.
도3은 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 노드 제어부의 구성 블록도이다.
도4는 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 게이트웨이부의 구성 블록도이다.
도5는 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 실시간 제어 모듈의 구성 블록도이다.
도6은 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 머신러닝 서버의 구성 블록도이다.
도7은 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 머신러닝 서버의 구성 블록도의 다른 실시예이다.
도8은 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템 및 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도2는 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템의 전체 구성 블록도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템은 다수의 태양광모듈(10), 노드 제어부(NBC, 30), 인버터(50), 게이트웨이부(G/W, 100), 실시간 제어 모듈(RTCU, 200), 머신 러닝 서버(300)를 포함한다.
태양광모듈들(10)은 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 태양광 발전을 하는 복수개의 태양광 모듈이 직렬로 연결되어 적어도 2 이상의 행과 열로 배열되어 있다.
태양광 발전장치는 실제 발전된 전기를 외부로 송출하는 최소단위인 태양광 모듈들(10)이 직렬로 연결된 스트링이 하나 이상 구비되고, 상기 스트링은 다시 복수개 모여 어레이를 이루며, 대규모 태양광 발전의 경우 적게는 수십 개 많게는 수백 개 이상의 어레이가 설치되어 운영된다.
상기 복수개의 태양광 모듈로부터 생산되는 전력은 6채널 또는 12채널로 인버터(50)에 연결되어 220V와 같은 교류전력으로 변환된다.
노드 제어부(30)는 상기 태양광 모듈(10) 각각에 연결되어, 상기 태양광 모듈(10)들로부터 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 각각 측정하고 측정된 데이터가 제어 설정된 전류, 전압, 전력 제어 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭한다.
도2에 도시된 것과 같이, 태양광모듈(10, A~I)이 각각 직렬로 연결되어 있고, 직렬로 연결된 태양광모듈(10에 각각 동일한 구조로 노드 제어부(30)들이 직렬로 연결된다.
이때, 노드 제어부(30)에 연결된 태양광모듈로부터 전압, 전류, 전력 데이터를 측정하여 수집하고 상기 측정된 데이터와 상기 실시간 제어모듈(200)로부터 전송된 전류, 전압을 제어하기 위하여 정의되는 제어 데이터를 비교하여 측정된 데이터가 정의된 제어 데이터에 대한 미달여부를 판단하여 노드 제어부(30)에 연결된 노드 중 문제가 있다고 판단되는 측의 태양광모듈(10)의 연결을 차단 스위칭함으로써 문제가 된 태양광 모듈(10)로부터 생산된 전력을 인터버(50)로 전송하지 않게 되어 전체적인 태양광 모듈(10)에서 생산되는 전력은 일정한 수준을 유지하도록 함으로써 태양광모듈(10)에서 생산되는 불균일한 전력 생산량을 조절하여 최적의 전력 생산이 되도록 밸런싱 제어를 수행한다.
상기 게이트웨이부(100)는 태양광 모듈(10)들로부터 측정되는 전압, 전류, 전력 측정 데이터를 상기 노드 밸런싱 제어부(30)들로부터 전송받아 상기 측정 데이터를 파싱 처리하여 측정 데이터를 저장한다.
상기 실시간 제어 모듈(200)은 태양광 모듈(10)들로부터 측정된 전류, 전압, 전력 데이터를 상기 게이트웨이(100)를 통하여 전송받아 분류, 대조, 분석을 처리하여 데이터베이스에 저장하는 한편, 노드 제어부(30)들을 제어하기 위한 제어 데이터를 설정하는 제어 명령을 상기 게이트웨이부(100)로 전송한다.
또한, 머신러닝 서버(300)는 실시간 제어 모듈(200)과 인터넷 또는 통신망으로 연결되어 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 구성 장치 및 데이터를 모니터링하며 상기 실시간 제어모듈(200)로부터 전송된 데이터를 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 모델링을 수행하며 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 실시간 제어 모듈(200)로 제공한다.
한편, 실시예나 설계변경에 따라서는 상기 머신러닝 서버의 기능은 상기 실시간 제어 모듈(200)에서 처리될 수도 있다.
도3은 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 노드 제어부의 구성 블록도이다.
도3을 참조하면, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 노드 제어부(30)는 측정부(31), 분석 컨트롤부(32), 데이터 전송 관리부(33), 스위칭부(34)를 포함한다.
상기 측정부(31)는 태양광 모듈(10)에서 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 측정한다.
상기 측정부(31)는 각각의 전력생산 판넬로 구성된 태양광모듈(10))에서 생산되는 전압, 전류, 전력을 측정하여 분석 컨트롤부(32)로 전송한다.
상기 분석 컨트롤부(32)는 상기 측정부(31)로 부터 확보된 각각의 태양광 모듈의 측정된 전류, 전압, 전력 데이터와 실시간 제어 모듈(200)에서 전송되어 설정되는 전류, 전압 제어 데이터 값에 따라 스위칭부(34)의 동작레벨을 가감하여 스위칭부(33)에서 노드 제어부(30)에 연결된 태양광 모듈(10)의 차단 스위칭을 동작하게 한다.
즉, 상기 분석 컨트롤부(32)는 상기 측정된 데이터와 상기 실시간 제어모듈(200)로부터 전송되어 태양광 모듈의 전류, 전압을 제어하기 위하여 정의되는 제어 데이터를 비교하여 측정된 데이터가 정의된 제어 데이터에 미달여부를 판단하여 태양광 모듈 동작을 스위칭 제어하게 된다.
상기 데이터 전송 관리부(33)는 상기 노드 제어부(30) 내부에 저장된 데이터를 외부로 전송하고 게이트웨이부(100)를 통하여 실시간 제어모듈(200)로부터 제어 데이터를 받아서 노드 제어부(30)로 전송하게 된다.
또한, 상기 스위칭부(34)는 상기 분석 컨트롤부(32)에서 판단된 결과에 따라서 상기 노드 제어부(30)에 연결되는 태양광모듈을 차단하거나 연결한다.
도4는 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 게이트웨이부의 구성 블록도이다.
도4를 참조하면, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 상기 게이트웨이부(100)는 데이터 수집 관리부(110), 데이터 처리부(120), 데이터 저장부(130)를 포함한다.
상기 데이터 수집 관리부(110)는 상기 노드 제어부(30)로부터 수신된 측정 데이터를 실시간 제어 모듈(200)로 송신하고 실시간 제어 모듈(200)로부터 전송되는 제어 명령 데이터를 수시하여 상기 노드 제어부(30)로 전송한다.
데이터 수집 관리부(110)로 전달되는 정보는 노드 제어부(30)에서 전달되는 정보로서 게이트웨이부 하나당 10X16개의 태양광모듈과 연결된 노드 제어부(30)들에서 태양광모듈 연결 접속하거나 연결해제를 통해 정확한 데이터를 안전하게 전달하기 위하여 특별한 관리 기능을 내장한다.
상기 데이터 처리부(120)는 노드 제어부(30)로부터 수신된 측정 데이터를 파싱(parsing) 처리한다.
데이터 수집 관리부(110)에 의하여 데이터 송신 또는 수신량을 최소화하기 위하여 파싱(인코딩/디코딩)하고, 이때 파싱 처리를 통해서 처리된 데이터는 데이터 저장부(130)로 전달되어서 저장이 된다.
이때, 데이터 저장관리부(130)는 저장되는 정보는 손쉽게 사용할 수 있도록 파일 데이터 시스템구조 또는 데이터베이스 구조로 데이터를 저장하며 이렇게 저장된 데이터는 데이터 수집 관리부(110)를 통하여 실시간 제어 모둘(200)에 전달한다.
도5는 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 실시간 제어 모듈의 구성 블록도이다.
도5를 참조하면, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 상기 실시간 제어 모듈(200)은 인터페이스부(210), 데이터 분석부(220), 제어 판단부(230), 제어 명령 처리부(240), 서비스 관리부(250)를 포함한다.
상기 인터페이스부(210)는 게이트웨이부(100)와 실시간 제어 모듈(200) 사이와 실시간 제어 모듈(200)과 머신 러닝 서버(300) 사이에서 실시간으로 데이터 송수신을 위한 것이다.
노드 제어부(30)를 제어하기 위하여 분석, 판단되어 결정된 데이터를 인터페이스부(210)를 통하여 제어 명령 데이터를 전송함으로써 노드 제어부(30)는 각각의 태양광 모듈의 전류, 전압, 전력 생산 값과 함께 단락 또는 연결의 기능을 할 수 있도록 한다.
상기 데이터 분석부(220)는 태양광 모듈(10)에서 측정된 전류, 전압, 전력 데이터를 상기 게이트웨이부(100)를 통하여 전송받아 분류, 대조, 분석을 처리한다.
상기 데이터 분석부(220)는 태양광 발전 정보로서 예를들면 태양광 모듈별로 측정된 전류, 전압, 전력 데이터를 인터페이스부(210)를 통하여 전송받아 전처리 과정으로서 분류, 대조, 분석 처리하여 제어 판단부(230)에 전달한다.
상기 제어 판단부(230)는 상기 데이터 분석부(220)의 처리 결과를 이용하여 태양광 모듈 제어에 필요한 기준 데이터를 추출하여 제어 명령을 판단한다.
상기 제어 명령 처리부(240)는 태양광 모듈(10)을 제어하기 위하여 제어 데이터를 정의하고 게이트웨이부(100)로 실시간으로 전송한다.
상기 서비스 관리부(250)는 실시간 제어 모듈(200) 내부에서 태양광 모듈(10)을 제어하기 위한 제어 기능을 추가하거나 삭제하는 관리 기능을 수행한다.
한편, 다른 실시예에 따라서는 상기 머신러닝 서버의 기능은 상기 실시간 제어 모듈(200)에서 처리될 수도 있는데, 이 경우에는 머신러닝 서버를 별도로 두지않고 후술하는 머신 러닝 서버의 구성은 실시간 제어 모듈에 포함되어 이루어질 수 있도록 설계 변경할 수 있음은 물론이다.
도6은 도2에 도시된 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 머신 러닝 서버의 구성 블록도이다.
도6을 참조하면, 본 발명에 따른 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 상기 머신 러닝 서버(300)는 인터페이스부(310), 모니터링부(320), 판단부(330), 학습모듈(340), 모델링부(350), 학습데이터베이스(360), 제어부(370), 서비스 관리모듈(380), 서비스부(390)를 포함한다.
상기 인터페이스부(310)는 머신 러닝 서버에서 실시간으로 데이터 송수신을 위한 것이다.
머신 러닝 서버(300)는 실시간 제어 모듈(200)과 인터넷 또는 통신망으로 연결되어 있고, 상기 인터페이스부(310)는 실시간 제어 모듈(200)과 머신러닝 서버(300)사이에서 실시간으로 데이터 송수신을 처리할 뿐만 아니라 머신 러닝 서버(300)에서 처리된 데이터는 인터페이스부(310)를 통하여 다양한 서비스나 데이터를 제공할 수 있다.
상기 모니터링부(320)는 태양광 모듈(10), 노드 제어부(30), 게이트웨이부(100), 실시간 제어 모듈(200)을 포함하는 태양광 발전 구성 장치로부터 전송되는 태양광 발전 데이터를 분석, 분류, 대조, 변환을 특성에 따라 통합 처리하여 감시한다.
상기 모니터링부(320)는 태양광 발전을 구성하는 장비 및 측정 데이터를 전달 받아 발전 기능, 측정값, 변경사항, 특징 등 구성 장치들의 프로파일 정보를 분석, 가공하여 판단부(330)로 전송한다.
상기 모니터링부(320)에서 분석, 분류, 대조, 변환 처리하여 모니터링 하는 데이터들은 머신 러닝 학습을 위한 데이터들로 예를들면, 연결장치 프로코콜 정보, 연결장치 고장유형 정보, 모듈별 전압, 전류, 전력 데이터, 모듈 고장 유형 정보, 기상 정보, 태양고도 정보, 모듈 각도별 전력량, 사용자전력 정보, 한전공급전력 정보 등을 포함할 수 있다.
또한, 판단부(330)는 모니터링부(320)에서 전송되는 상기 통합 처리된 테이터의 프로파일 정보에 따라 기계 학습 처리 여부를 판단하게 된다.
상기 판단부(330)는 모니터링부(320)에서 전송되는 테이터를 기계 학습 처리 필요 여부를 판단한 결과 신규 학습이 필요한 것은 학습모듈(340)로 전송하고 신규학습이 필요하지 않은 것으로 판단된 데이터는 제어부(370)로 전송한다.
학습 모듈(340)은 상기 판단부(330)에 따라 신규 학습이 필요한 데이터에 대하여 신규학습을 수행하고, 학습 결과는 학습 데이터베이스(360)에 저장된다.
또한, 모델링부(350)에서는 상기 학습된 결과를 이용하여 데이터를 추출하고 모델링을 수행하고, 상기 모델링 수행 결과는 학습 데이터베이스(360)에 저장된다.
상기 모델링부(350)에서 머신 러닝 기반으로 학습된 데이터에 의하여 모델링되는 것들을 예로들면, 연결장치 인식 모델링(API 모델링), 장치별 프로토콜 모델링, 연결장치 고장 모델링, 전력생산예측 모델링, 모듈 고장(장애) 모델링, 기상상태/시기별 전력생산량 모델링, 모듈각도 전력 생산 모델링, 사용자 전력사용 모델링, 공급전력 모델링을 포함할 수 있다.
제어부(370)는 상기 학습 데이터베이스(360)에서 태양광 발전 제어를 위해서 모델링 데이터를 가져오고 상기 판단부에서 학습 판단되지 않은 데이터와 함께 태양광 발전 제어를 위한 서비스부(390)로 전송한다.
서비스부(390)는 상기 제어부(370)로부터 전달되는 기준 모델들 중에서 선택하여 태양광 발전 제어 서비스 데이터를 정의하고 인터페이스(310)를 통하여 실시간 제어 모듈(200)로 전송 처리한다.
서비스부에 처리되는 제어 서비스들은 노드 제어부를 이용한 태양광발전 벨런싱 제어, 다기종 장치 프로토콜 연결지원 기능, 장치별 고장 유형 진단 기능, 태양광 모듈 각각의 전압, 전류, 전력량 모니터링 모듈 고장 유형 기능, 장치별 태양광모듈 기상에 따른 전력생산량 및 생산량 예측 기능, 정보 서비스, 태양고도에 따른 전력생산량 예측 및 데이터 서비스, 태양광 모듈 상하좌우 각도에 따른 생산량 데이터 서비스, 사용자 전력사용량 정보제공 기능, 한전공급전력정보 제공 기능 등을 포함한다.
도6에서, 상기 서비스부(390)에는 모델링부에서 모델링되어 전달된 다수의 모델링 리스트가 다수의 빨간색 원들로 표시되어 있다.
그리고, 서비스 관리 모듈(380)은 상기 서비스부(390)에 전달된 기준 모델링 리스트를 삭제하거나 추가하고 업데이트하여 관리하기 위한 것이다.
도7은 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템에서 머신러닝 서버의 구성 블록도의 다른 실시예이다.
도7은 도6과 비교할 때, 인터페이스부(310)가 각각 데이터 인터페이스(311)와 개방형 인터페이스부(개방형 API, 312)로 구분되어 있다.
상기 모니터링부(320)는 데이터 인터페이스(311)롤 통하여 실시간 제어모듈과 데이터 송수신을 처리하게 된다.
한편, 상기 서비스부(390)는 제어부(370)에서 전달 받은 모델링 데이터와 판단부에서 학습 판단되지 않은 데이터를 함께 응용기능으로 변환하여 다양한 요구사항에 대응하거나 다양한 응용프로그램에서 요구하는 정보를 개방형 인터페이스부(312)를 통하여 제공할 수 있다.
도8은 본 발명에 따른 머신 러닝 기반의 태양광 발전 제어 방법의 흐름도이다.
도8을 참조하면, 본 발명에 따른 머신 러닝 기반의 태양광 발전 제어 방법은 다음과 같이 진행된다.
먼저, 노드 제어부(30)가 태양광 모듈(10)들로부터 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 각각 측정한다(S10).
다음으로, 게이트웨이부(100)는 측정 데이터를 노드 제어부(30)로부터 전송받아 파싱 처리하고 저장한다(S20).
게이트웨이부로 전송된 정보들을 수신한 실시간 제어 모듈(200)은 파싱된 데이터를 분류, 대조, 분석을 처리하여 데이터베이스에 저장하고, 머신 러닝 서버(300)로 전송한다(S30).
머신 러닝 서버(300)는 실시간 제어모듈(200)로부터 전송된 데이터를 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 모델링을 수행하며 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 실시간 제어 모듈(200)로 제공한다(S40).
다음으로, 실시간 제어모듈(200)은 노드 제어부(30)들을 제어하기 위한 제어 명령 데이터를 게이트웨이부로 전송한다(S50).
이에 따라, 게이트웨이부(100)는 실시간 제어 모듈(200)로부터 수신된 제어 명령 데이터를 노드 제어부(30)로 전송한다(S60).
결국, 노드 제어부(30)는 태양광 모듈(10)에서 측정된 데이터가 제어 명령 데이터에 따라 설정된 전류, 전압, 전력 제어 기준 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭하여 제어하게 된다(S70).
상기 노드 제어부(30)는 전력 생산량을 균일하게 유지하도록 하기 위해서, 노드 제어부(30)는 현재 측정되는 전류, 전압, 전력데이터가 제어 명령 에 따라 기준 데이터로 설정된 전류, 전압, 전력 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭함으로써, 각각의 태양광모듈에서 생산되는 크게 저하된 전력 생산량을 차단 제어하여 최적의 전력 생산량이 되도록 벨런싱 기능을 수행할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
본 발명은 태양광 모듈의 발전량을 실시간으로 수집하고 수집된 정보를 머신러닝 플랫폼에서 학습하고 학습 결과에 따라 다양한 서비스 기능에 대한 모델링을 수행하여 추출된 제어 정보에 의하여 태양광 발전 모듈에서 생산되는 전력량을 균일하게 제어함으로써 최적의 전력 생산량을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 기기 인식정보와 유형정보를 머신 러닝 서버로 전송하여 광역의 태양광발전의 기기 고장 상황과 유형의 특성을 실시간으로 분석하여 사용자에게 서비스 할 수 있다.
Claims (7)
- 태양광 발전을 하는 복수 개의 태양광 모듈이 직렬로 연결되어 적어도 2 이상의 행과 열로 배열되는 태양광 모듈들;상기 태양광 모듈들로부터 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 각각 측정하고 측정된 데이터가 제어 설정된 전류, 전압, 전력 제어 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭하는 노드 제어부들;태양광 모듈들로부터 측정되는 전압, 전류, 전력 측정 데이터를 상기 노드 제어부들로부터 전송받아 상기 측정 데이터를 파싱 처리하여 측정 데이터를 저장하는 게이트웨이부;상기 게이트웨이로부터 파싱된 데이터를 전송받아 분류, 대조, 분석 을 처리하여 데이터베이스에 저장하고, 노드 제어부들을 제어하기 위한 제어 데이터를 설정하는 제어 명령을 상기 게이트웨이부로 전송하는 실시간 제어 모듈; 및상기 실시간 제어 모듈과 인터넷 또는 통신망으로 연결되어 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전 구성 장치 및 데이터를 모니터링하며 상기 실시간 제어모듈로부터 전송된 데이터를 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 모델링을 수행하며 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 실시간 제어 모듈로 제공하는 머신 러닝 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 노드 제어부는,태양광 모듈에서 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 측정하는 측정부;상기 측정된 데이터와 상기 실시간 제어모듈로부터 전송된 전류, 전압을 제어하기 위하여 정의되는 제어 데이터를 비교하여 측정된 데이터가 정의된 제어 데이터에 미달여부를 판단하여 태양광 모듈 동작을 스위칭 제어하는 분석 컨트롤부;상기 노드 제어부 내부에 저장된 데이터를 외부로 전송하고 실시간 제어모듈로부터 제어 데이터를 받아서 노드 제어부로 전송하는 데이터 전송 관리부; 및상기 분석 컨트롤부에서 판단된 결과에 따라서 상기 노드 제어부에 연결되는 태양광모듈을 차단하거나 연결하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트웨이부는,상기 노드 제어부로부터 수신된 측정 데이터를 실시간 제어 모듈로 송신하고 실시간 제어 모듈로부터 전송되는 제어 명령 데이터를 수시하여 상기 노드 제어부로 전송하는 데이터 수집 관리부;노드 제어부로부터 수신된 측정 데이터를 파싱 처리하는 데이터 처리부; 및상기 데이터 처리부에 의하여 파싱 처리된 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 실시간 제어 모듈은,게이트웨이부와 실시간 제어 모듈 사이와 실시간 제어 모듈과 통합 정보 서버 사이에서 실시간으로 데이터 송수신을 위한 인터페이스부;태양광 모듈에서 측정된 전류, 전압, 전력 데이터를 상기 게이트웨이부를 통하여 전송받아 분류, 대조, 분석을 처리하는 데이터 분석부;상기 데이터 분석부의 처리 결과를 이용하여 태양광 모듈 제어에 필요한 기준 데이터를 추출하여 제어 명령을 판단하는 제어 판단부;태양광 모듈을 제어하기 위하여 제어 데이터를 정의하고 게이트웨이로 실시간으로 전송하는 제어 명령 처리부; 및실시간 제어 모듈 내부에서 태양광 모듈을 제어하기 위한 제어 기능을 추가하거나 삭제하는 관리 기능을 수행하는 서비스 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 머신 러닝 서버는,머신 러닝 서버에서 실시간으로 데이터 송수신을 위한 인터페이스부;태양광 모듈, 노드 제어부, 게이트웨이부, 실시간 제어 모듈을 포함하는 태양광 발전 구성 장치로부터 전송되는 태양광 발전 데이터를 분석, 분류, 대조, 변환을 특성에 따라 통합 처리하여 감시하는 모니터링부;모니터링부에서 전송되는 상기 통합 처리된 테이터의 프로파일 정보에 따라 기계 학습 처리 필요 여부를 판단하는 판단부;상기 판단부에 따라 신규 학습이 필요한 데이터에 대하여 신규학습을 수행하는 학습 모듈;상기 학습된 결과를 이용하여 데이터를 추출하고 모델링을 수행하는 모델링부;상기 학습 결과와 모델링 수행 결과를 저장하는 학습 데이터베이스;상기 학습 데이터베이스에서 태양광 발전 제어를 위해서 모델링 데이터를 가져오고 상기 판단부에서 학습 판단되지 않은 데이터와 함께 태양광 발전 제어를 위한 서비스부로 전송하는 제어부;상기 제어부로부터 전달되는 기준 모델들 중에서 선택하여 태양광 제어 서비스 데이터를 정의하고 인터페이스를 통하여 실시간 제어 모듈로 전송하는 서비스부; 및상기 서비스부에 전달된 모델링 데이터 리스트를 삭제하거나 추가하고 업데이트하여 관리하기 위한 서비스 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템.
- 제 5 항에 있어서,상기 모니터링부는 데이터 인터페이스롤 통하여 실시간 제어모듈과 데이터 송수신을 처리하며,상기 서비스부는 개방형 인터페이스부와 연결되어 제어부에서 전달 받은 데이터를 응용 서비스로 변환하여 제공하거나 다양한 응용프로그램에서 요청하는 데이터를 제공하도록 한 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 시스템.
- 노드 제어부가 태양광 모듈들로부터 생산되는 전압, 전류, 전력 데이터를 각각 측정하는 단계;게이트웨이부는 측정 데이터를 노드 제어부들로부터 전송받아 파싱 처리하고 저장하는 단계;실시간 제어 모듈은 파싱된 데이터를 분류, 대조, 분석을 처리하여 데이터베이스에 저장하고 머신 러닝 서버로 전송하는 단계;머신 러닝 서버는 실시간 제어모듈로부터 전송된 데이터를 머신러닝 기반에 의하여 학습하고 태양광 발전 제어에 필요한 기능 데이터를 추출하여 모델링을 수행하며 모델링 결과에 따른 제어 서비스 데이터를 실시간 제어 모듈로 제공하는 단계;실시간 제어모듈은 노드 제어부들을 제어하기 위한 제어 명령 데이터를 게이트웨이부로 전송하는 단계;게이트웨이부는 실시간 제어 모듈로부터 수신된 제어 명령 데이터를 노드 제어부로 전송하는 단계;노드 제어부는 태양광 모듈에서 측정된 데이터가 제어 명령 데이터에 따라 설정된 전류, 전압, 전력 제어 기준 데이터에 미달되면 연결된 태양광모듈을 차단 스위칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반 태양광 발전 제어 방법.
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