이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 실시와 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The following description is intended to aid in the practice and understanding of the present invention, but is not intended to limit the present invention. Those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made within the spirit of the invention as set forth in the following claims.
도 1은 본 발명의 태양광 발전 및 제어 시스템의 구조도이다. 이하에서는 도 1을 통하여 본 발명의 태양광 발전 시스템의 구성요소에 대하여 간략하게 설명한다.1 is a structural diagram of a solar power generation and control system of the present invention. Hereinafter, components of the solar power generation system of the present invention will be briefly described with reference to FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 발전 및 제어 시스템은 하나 이상의 태양광 발전부(100)와, 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100)와 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되어 이를 제어하기 위한 제어서버(200), 그리고 상기 제어서버(200)에서 송신하는 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100)의 제어 현황정보를 확인할 수 있도록 하기 위하여, 상기 제어서버(200)와 통신 가능하게 유선 또는 무선으로 연결되어 있는 하나 이상의 관리자의 단말기(300)를 포함한다.As shown in Figure 1, the solar power generation and control system of the present invention is connected to one or more solar power generation unit 100, the at least one photovoltaic power generation unit 100 and the wired or wireless communication is possible to this In order to be able to check the control status information of the control server 200 for controlling, and the one or more photovoltaic power generation units 100 transmitted from the control server 200, communication with the control server 200 is possible. It includes at least one manager's terminal 300 connected by wire or wirelessly.
상기 도 1에서, 점선으로 연결된 것은 상호간에 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되어 있는 것을 의미한다.In FIG. 1, the connection with a dotted line means that they are connected to each other through wired or wireless communication.
설명에 앞서, 본 발명에서 상기 태양광 발전부(100)는 하나 이상 포함하나, 설명의 편의를 위하여 도 1에 개시된 바와 같이 상기 태양광 발전부(100)는 하나가 상기 제어서버(200)에 통신 가능하게 연결되어 있는 것을 일예시로 하여 설명하도록 한다. 만약 상기 태양광 발전부(100)를 둘 이상 포함시키게 되더라도, 각각의 구성요소는 동일하게 하면 된다.Prior to the description, in the present invention, the photovoltaic power generation unit 100 includes one or more, but one of the photovoltaic power generation unit 100 is included in the control server 200 as disclosed in FIG. 1 for convenience of description. It will be described with an example that is connected to enable communication. Even if two or more of the photovoltaic power generation units 100 are included, each component may be the same.
또한, 본 발명에서 상기 단말기(300)는 데스크탑 PC 또는 스마트폰, 태블릿 PC 등 프로그램의 설치가 가능하거나 웹 페이지에 접속할 수 있는 단말기는 모두 사용할 수 있다.In addition, in the present invention, the terminal 300 may use any terminal capable of installing programs such as a desktop PC, a smartphone, a tablet PC, or accessing a web page.
상기 태양광 발전부(100)는 도 1에서 도시된 바와 같이, 태양전지부(110), 축전지부(120), 그리고 통신부(130)를 포함한다.The solar power generation unit 100 includes a solar cell unit 110, a storage battery unit 120, and a communication unit 130, as shown in FIG. 1.
상기 태양전지부(110)는 실제로 태양광으로부터 발전을 실시하여 전기에너지를 생산하는 부분으로서, 하나 이상의 태양전지들(1111, 1112)을 포함하는 태양전지 발전부(111), 태양빛의 세기, 즉 광량(光量)을 측정할 수 있는 광량센서(112), 그리고 상기 태양전지 발전부(111)에 속한 개별 태양전지들의 발전전압 및 전류를 측정할 수 있는 태양전지 측정부(113)를 포함한다.The solar cell unit 110 is a part that generates electric energy by actually generating electricity from sunlight, and the solar cell generator 111 including one or more solar cells 1111 and 1112, the intensity of sunlight, That is, it includes a light amount sensor 112 capable of measuring the amount of light, and a solar cell measuring unit 113 capable of measuring the power generation voltage and current of individual solar cells belonging to the solar cell power generation unit 111. .
바람직하게는, 상기 태양전지 측정부(113)는 상기 개별 태양전지들의 발전전압을 측정할 수 있는 태양전지 발전전압 측정부(1131)와, 상기 개별 태양전지들의 전류를 측정할 수 있는 태양전지 전류 측정부(1132)를 포함한다.Preferably, the solar cell measurement unit 113 includes a solar cell generation voltage measurement unit 1131 capable of measuring the generated voltage of the individual solar cells, and a solar cell current capable of measuring the current of the individual solar cells. It includes a measurement unit 1132.
그리고 축전지부(120)는 상기 태양전지부(110)에서 발전을 실시하여 생산한 전기에너지를 저장하기 위한 것으로, 실제로 전기에너지의 저장을 실시하기 위하여 하나 이상의 개별 축전지들(1211, 1212)을 포함하는 축전지 저장부(121), 그리고 상기 축전지 저장부(121) 내 개별 축전지들의 축전지 전압 및 축전지에 충전되는 전류량을 측정할 수 있는 축전지 측정부(122)를 포함한다. In addition, the storage battery unit 120 is for storing electric energy produced by power generation by the solar battery unit 110, and includes one or more individual storage batteries 1211 and 1212 in order to actually store electric energy. It includes a storage battery storage unit 121, and a storage battery measuring unit 122 capable of measuring the storage battery voltage and the amount of current charged in the storage battery of the individual storage batteries in the storage battery storage unit 121.
바람직하게는, 상기 축전지 측정부(122)는 상기 개별 축전지들의 전압을 측정할 수 있는 축전지 전압 측정부(1221)와, 상기 개별 축전지들의 충전 전류를 측정할 수 있는 축전지 충전전류 측정부(1222)를 포함한다.Preferably, the storage battery measurement unit 122 includes a storage battery voltage measurement unit 1221 capable of measuring the voltage of the individual storage batteries, and a storage battery charging current measurement unit 1222 capable of measuring the charging current of the individual storage batteries. Includes.
그리고 통신부(130)는 상기 제어서버(200)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있는 통신수단 및 프로그램을 포함하며, 통신 방식은 통상의 방법을 사용하면 되므로 이에 대한 설명은 생략한다.Further, the communication unit 130 includes a communication means and a program capable of communicating with the control server 200 by wire or wirelessly, and a description thereof will be omitted since the communication method may be performed using a conventional method.
또한 상기 태양광 발전부(100)는 상기한 구성요소들 외에도, 인버터 및 분전반, 컨버터 등 일반적인 태양광 발전 및 ESS(Energy storage system)에서 공통적인 구성요소로서 사용하고 있는 것들을 모두 포함하며, 이러한 일반적인 구성요소들은 그 기능 및 동작 방법 등이 잘 알려져 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.In addition, the solar power generation unit 100 includes all of the components used as common components in general solar power generation and ESS (Energy storage system), such as inverters, distribution boards, and converters, in addition to the above components. Components are well known for their functions and operating methods, and thus a description thereof will be omitted.
상기 제어서버(200)는 자신과 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되어 있는, 하나 이상의 태양광 발전부(100) 각각을 제어할 수 있는 제어부(120), 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100) 각각의 제어 데이터가 저장되어 있는 서버 DB(220), 그리고 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100)들과 유선 또는 무선으로 통신할 수 있는 통신수단 및 프로그램들을 포함하는 서버 통신부(230)를 포함한다.The control server 200 is a control unit 120 capable of controlling each of the one or more solar power generation units 100, which are connected to each other through wired or wireless communication, and the at least one photovoltaic power generation unit 100 It includes a server DB 220 in which each control data is stored, and a server communication unit 230 including communication means and programs capable of communicating with the one or more solar power generation units 100 by wire or wirelessly. .
도 2는 상기 제어서버(200)의 구체적인 구성을 표현한 구조도이다. 이하에서는 도 2를 통하여 상기 제어서버(200)의 구체적인 구성요소에 대하여 설명한다.2 is a structural diagram showing a specific configuration of the control server 200. Hereinafter, specific components of the control server 200 will be described with reference to FIG. 2.
설명에 앞서, 상술한 바와 같이 본 발명의 태양광 발전 및 제어 시스템은 하나 이상의 태양광 발전 시스템과 관리자 단말을 포함하는데, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 제어서버(200)에 3개의 태양광 발전 시스템(100a~100c)이 연결되어 있는 것을 일예시로 하여 설명하기로 한다.Prior to the description, as described above, the photovoltaic power generation and control system of the present invention includes one or more photovoltaic power generation systems and a manager terminal. Hereinafter, for convenience of explanation, the control server 200 includes three photovoltaic devices. It will be described as an example that the power generation system (100a ~ 100c) is connected.
또한 본 발명의 제어서버(200)는 이하에서 설명할 상기 제어서버(200)의 구성요소들을 실제로 구현하기 위하여, 하나 이상의 연산장치와 하나 이상의 기억장치를 포함하는 컴퓨터를 한 대 이상 포함한다. 이때의 컴퓨터는 서버용 컴퓨터를 사용하는 것이 바람직하나, 일반적인 데스크탑 PC나 태블릿 등 다른 형태의 컴퓨터 또한 사용할 수 있다.In addition, the control server 200 of the present invention includes one or more computers including one or more computing devices and one or more storage devices in order to actually implement the components of the control server 200 to be described below. In this case, it is preferable to use a server computer, but other types of computers such as a general desktop PC or tablet may also be used.
그리고 본 발명의 제어서버(200)의 구현에 있어서, 한 대의 단일한 컴퓨터를 사용하여 상기 제어서버(200)를 구현할 수도 있지만, 보다 경제적인 구현 및 원활한 데이터 처리를 위하여 상기 컴퓨터를 둘 이상으로 여러 대 편성하여 본 발명의 제어서버(200)를 구현하는 것이 바람직하다.And in the implementation of the control server 200 of the present invention, the control server 200 may be implemented using one single computer, but for more economical implementation and smooth data processing, two or more computers may be used. It is preferable to implement the control server 200 of the present invention by organizing.
상기 제어서버(200)는 본 발명에 포함되는 하나 이상의 태양광 발전부(100a~100c)을 개별적으로 제어하기 위한 제어부(210), 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100a~100c)의 제어를 위한 각종 데이터 및 수치가 저장되어 있는 서버 DB(220), 그리고 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100a~100c) 및 관리자의 단말기(300)와 유선 또는 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되어 통신하기 위한 서버 통신부(230)를 포함한다.The control server 200 is a control unit 210 for individually controlling one or more solar power generation units 100a to 100c included in the present invention, and a control unit for controlling the one or more solar power generation units 100a to 100c. Server DB 220 in which various data and values are stored, and a server communication unit for communicating by wired or wireless communication with the one or more photovoltaic power generation units 100a to 100c and the administrator's terminal 300 Includes 230.
상기의 구성요소들(210, 220, 230)는 상기한 기능들을 구현하기 위한 하나 이상의 연산장치 및 기억장치, 그리고 동작을 위한 하나 이상의 내장되어 설치되어 있거나, 또는 설치할 수 있는 프로그램들을 포함한다.The above components 210, 220, 230 include one or more computing devices and storage devices for implementing the above functions, and one or more built-in or installed programs for operation.
상기의 구성요소들(210, 220, 230)에 대해 더 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(210)는 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100a~100c) 각각의 고장을 개별적으로 진단하고 판단하기 위한 고장판단부(211), 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100a~100c)와 관련된 각종 데이터 및 수치에 대한 통계를 작성하여 상기 서버 DB(220)에 갱신 저장하도록 하는 통계작성부(212), 상기 서버 통신부(230)로부터 유입될 수 있는, 외부의 전기통신망으로부터 전송되는 데이터 및 수치를 갈무리하여 상기 서버 DB(220)에 갱신 저장하도록 하는 데이터수집부(213), 그리고 상기 서버 DB(220)에 저장되어 있는 각종 데이터 및 수치들을 토대로 딥러닝 알고리즘 중 심층 신경망을 이용하여 미래의 태양광 발전량을 예측할 수 있도록 하는 발전량학습부(214)를 포함한다.When the above components 210, 220, 230 are described in more detail, the control unit 210 individually diagnoses and determines a failure of each of the one or more solar power generation units 100a to 100c. The determination unit 211, a statistics creation unit 212 for updating and storing in the server DB 220 by creating statistics on various data and values related to the one or more solar power generation units 100a to 100c, the server A data collection unit 213 for storing data and values transmitted from an external telecommunication network that may be introduced from the communication unit 230 and stored in the server DB 220 for updating and storing in the server DB 220 It includes a power generation learning unit 214 for predicting future solar power generation by using a deep neural network among deep learning algorithms based on various data and values.
그리고 상기 DB(220)는 시스템 현황 DB(221)을 포함한다. 상기 시스템 현황 DB(221)는 연결된 상기 하나 이상의 태양광 발전부(100a~100c)들의 현황을 각각 구분하여 갱신 저장하기 위하여, 상기 하나 이상의 태양광 발전 시스템(100a~100c) 각각에 대응되어 구분 가능한 저장공간인 개별 DB(2211, 2212....)들을 하나 이상 포함한다.And the DB 220 includes a system status DB (221). The system status DB 221 corresponds to each of the one or more photovoltaic power generation systems 100a to 100c, so that the status of the connected one or more photovoltaic power generation units 100a to 100c is separately updated and stored. It includes one or more individual DBs (2211, 2212....) that are storage spaces.
또한 상기 DB(220)는 시스템 통계 DB(222)를 포함한다. 상기 시스템 통계 DB(222)는 상기 하나 이상의 태양광 발전 시스템(100a~100c)의 운용에 따라 상기 통계작성부(212)가 생성하는 각종 통계 정보들과 데이터를 저장하기 위한 것으로, 바람직하게는 상기 하나 이상의 태양광 발전 시스템(100a~100c)의 발전량을 각각 구분하여 저장하는 발전량 DB(2221), 이산화탄소 절감총량을 갱신하여 저장하는 이산화탄소 절감총량 DB(2222), 발전비용을 각각 구분하여 저장하는 발전비용 DB(2223), 발전시간을 각각 구분하여 저장하는 발전시간 DB(2224), 상기 하나 이상의 태양광 발전 시스템(100a~100c)에 포함되어 있는 인버터의 가동률을 갱신 저장하는 인버터가동률 DB(2225), 그리고 각각의 전력 변환효율의 평균값을 갱신 저장하도록 하는 변환효율 DB(2226)를 포함한다.In addition, the DB 220 includes a system statistics DB (222). The system statistics DB 222 is for storing various statistical information and data generated by the statistics generating unit 212 according to the operation of the one or more photovoltaic power generation systems 100a to 100c. Power generation DB (2221) that separates and stores the power generation amount of one or more photovoltaic power generation systems (100a to 100c), carbon dioxide reduction total amount DB (2222) that updates and stores the total amount of carbon dioxide reduction, and power generation that separates and stores power generation costs Cost DB (2223), power generation time DB (2224) that separates and stores power generation time, and inverter operation rate DB (2225) that updates and stores operating rates of inverters included in the one or more photovoltaic power generation systems (100a to 100c) And a conversion efficiency DB 2226 for updating and storing the average value of each power conversion efficiency.
상기한 시스템 통계 DB(222)에 포함된 각각의 DB들(2221~2226)에 대하여 더 구체적으로 설명하자면, 상기 발전량 DB(2221)는 상기 하나 이상의 태양광 발전 시스템(100a~100c) 각각의 금일 발전량, 금월 발전량, 누적 발전량, 전일 발전량, 전월 발전량, 전년도 발전량을 포함하여 갱신 저장한다.To describe in more detail each of the DBs 2221 to 2226 included in the system statistics DB 222, the power generation DB 2221 is each of the one or more photovoltaic power generation systems 100a to 100c. The generation amount, this month's generation amount, cumulative generation amount, the previous day's generation amount, the previous month's generation amount, and the previous year's generation amount are updated and saved.
그리고 이산화탄소 절감총량 DB(2222)는 아래의 수학식 1과 같은 식에 따라 나온 수치를 갱신 저장한다.In addition, the total amount of carbon dioxide reduction DB 2222 updates and stores the numerical value obtained according to the following equation (1).
상기 수학식 1에 대해 설명하면, 이산화탄소 절감총량은 금일 발전량의 합을 시간당 전력사용량으로 환산해야 하는데, 연간 발전량 1kW는 1.314MWh이므로, 상그 금일 발전량의 합에 1.314를 곱하여 전력사용량을 구하고, 그 수치에 전력배출계수 0.424를 곱한 것이다.(전력배출계수 1kwh=0.424kgCO₂)Explaining Equation 1 above, the total amount of carbon dioxide reduction should be converted to the sum of the current generation amount to the hourly power consumption. Since the annual generation amount of 1 kW is 1.314 MWh, the sum of the current generation amount is multiplied by 1.314 to obtain the power consumption. Is multiplied by the power emission factor of 0.424. (Power emission factor 1kwh=0.424kgCO₂)
그리고 상기 발전비용 DB(2223)는, 금일 발전금액, 금월 발전금액, 금년 발전금액, 누적 발전금액을 포함하여 갱신 저장한다.In addition, the generation cost DB 2223 is updated and stored, including the current generation amount, the current month generation amount, the current year generation amount, and the cumulative generation amount.
또한 상기 발전시간 DB(2224)는 금일 발전시간, 금월 발전시간, 금년 발전시간, 누적 발전시간을 포함하여 갱신 저장한다.In addition, the generation time DB 2224 is updated and stored, including the current generation time, the current month generation time, the current year generation time, and the cumulative generation time.
그리고 상기 인버터가동률 DB(2235)는 연결된 전체 발전시스템 중 인버터가 정상 가동된 발전부의 개수를 연결된 전체 발전부의 개수로 나눈 값에 100을 곱하여 백분률(%) 형태로 갱신 저장한다.In addition, the inverter operation rate DB 2235 is updated and stored in the form of a percentage (%) by multiplying a value obtained by dividing the number of power generation units in which the inverter is normally operated among the connected power generation systems by the total number of connected power generation units by 100.
또한 상기 변환효율 DB(2226)는 금일 측정한, 연결된 태양광 발전시스템의 최종 전력변환효율 합을 연결된 전체 발전시스템 개수로 나눈 값을 저장한다.In addition, the conversion efficiency DB 2226 stores a value obtained by dividing the sum of the final power conversion efficiency of the connected photovoltaic power generation system measured today by the total number of connected power generation systems.
그리고 상기 서버 DB(220)는 외부환경 DB(223)을 포함한다. 상기 외부환경 DB(223)은 상기 데이터수집부(213)가 외부의 전기통신망을 참조하여 갈무리한 데이터를 저장하기 위한 DB다.And the server DB 220 includes an external environment DB (223). The external environment DB 223 is a DB for storing data stored by the data collection unit 213 by referring to an external telecommunication network.
바람직하게는, 상기 외부환경 DB(223)는 외부로부터 제공되는 일사량을 시간 간격별로 구분하여 저장하는 일사량 DB(2231), 강수량을 시간 간격별로 구분하여 저장하는 강수량 DB(2232), 기온을 시간 간격별로 구분하여 저장하는 기온 DB(2233), 구름의 양을 시간 간격별로 구분하여 저장하는 전운량 DB(2234), 습도를 시간 간격별로 구분하여 저장하는 습도 DB(2235), 그리고 안개 유무 및 안개의 짙은 정도를 시간 간격별로 구분하여 저장하는 안개 DB(2236)를 포함한다.Preferably, the external environment DB (223) is an insolation DB (2231) that separates and stores the amount of insolation provided from the outside by time interval, a precipitation DB (2232) that separates and stores precipitation by time interval, and the temperature is time interval. Temperature DB (2233) that separates and stores the amount of clouds by time interval, total cloud volume DB (2234) that separates and stores the amount of clouds by time interval, humidity DB (2235) that separates and stores humidity by time interval, and It includes a fog DB 2236 that separates and stores the degree of density by time interval.
여기서, 상기 외부환경 DB(223)에 포함되는 각각의 상기 날씨정보 DB들(2231~2236)은 현재의 정보 뿐 아니라 과거의 정보 또한 설정된 시간 간격별로 구분하여 저장된다.Here, each of the weather information DBs 2231 to 2236 included in the external environment DB 223 is stored not only in the present information, but also in the past information according to set time intervals.
또한 상기 외부환경 DB(223)에 포함되는 각각의 상기 날씨정보 DB들(2231~2236) 외에도, 발전량 예측에 필요한 추가적인 DB 및 정보가 더 포함될 수도 있다. 이는 관리자가 어떤 요소를 선택하느냐에 따라 변동이 있을 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 관리자가 상기 날씨정보 DB(2231~2236)에 저장되는 각각의 요소, 즉 일사량(S), 강수량(R), 기온(T), 전운량(C), 습도(Wt), 안개(F) 정보를 선정하여 사용하는 것을 일예시로 하여 설명하기로 한다.In addition, in addition to each of the weather information DBs 2231 to 2236 included in the external environment DB 223, additional DBs and information necessary for predicting power generation may be further included. This may fluctuate depending on which element the manager selects. Hereinafter, for convenience of explanation, each element stored in the weather information DB 2231-2236 by the manager, that is, insolation (S) and precipitation (R). , Temperature (T), total cloud volume (C), humidity (Wt), and fog (F) information will be selected and used as an example.
또한 상기 서버DB(220)는 학습 DB(224)를 포함한다. 상기 학습 DB(224)는 상기 발전량학습부(214)의 동작에 따라 생성되는 데이터를 갱신 저장할 수 있는 공간으로서, 형성된 모델에 대하여 저장하는 형성모델 DB(2241) 및 상기 형성된 모델에 대하여 트레이닝 및 테스팅을 실시하는 DB(2242~2244)를 포함한다. 이러한 상기 학습 DB(224)의 구체적인 동작 및 구성에 대하여는 차후에 설명하기로 한다.In addition, the server DB 220 includes a learning DB (224). The learning DB 224 is a space in which data generated according to the operation of the power generation learning unit 214 can be updated and stored, and training and testing for the formed model DB 2241 and the formed model are stored. It includes DB (2242 ~ 2244) that implements. A detailed operation and configuration of the learning DB 224 will be described later.
도 3은 본 발명의 태양광 발전 및 제어 시스템에서, 상기 제어서버(200)가 상기 태양광 발전부(100)의 구성요소들의 고장을 진단하는 절차를 표현한 순서도이다. 이하에서는 도 3을 통하여 상기 제어서버(200)가 상기 각각의 태양광 발전부(100)의 고장을 진단하는 방법에 대하여 설명한다.3 is a flowchart illustrating a procedure for diagnosing a failure of the components of the solar power generation unit 100 by the control server 200 in the solar power generation and control system of the present invention. Hereinafter, a method of diagnosing a failure of each solar power generation unit 100 by the control server 200 will be described with reference to FIG. 3.
설명에 앞서, 도 3에서 개시하고 있는 상기 태양광 발전부(100)의 고장진단 절차는 상기 고장판단부(211)가 실시하며, 관리자가 상기 단말기(300)를 통하여 고장진단 절차의 실시를 요청할 때 수행되거나, 또는 일정 시간 간격에 따라 주기적으로 실시될 수 있다. Prior to the description, the failure diagnosis procedure of the photovoltaic power generation unit 100 disclosed in FIG. 3 is performed by the failure determination unit 211, and the administrator requests the implementation of the failure diagnosis procedure through the terminal 300. It may be performed at the time, or may be performed periodically according to a predetermined time interval.
도 3에서 도시된 바와 같이, 우선 상기 제어서버(200)는 태양전지의 발전전압(V)을 측정하고 이에 따라 판단하는 발전전압 측정단계(S100)를 실시한다.As shown in FIG. 3, first, the control server 200 measures the power generation voltage V of the solar cell and performs a power generation voltage measurement step S100 of determining accordingly.
상기 단계(S100)에서 태양전지의 발전전압(V)을 측정하고 이에 따라 판단하는데, 우선 상기 발전전압(V)이 0V인지를 판단하고, 상기 발전전압(V)이 0V가 아니라면, 상기 축전지 저장부(121) 내 개별 축전지들(1211, 1212)의 현재 축전지 전압(Bat_V)과 비교하여 상기 발전전압(V)이 축전지 전압(Bat_V)보다 큰지 판단한다.In the step (S100), the generated voltage (V) of the solar cell is measured and determined accordingly. First, it is determined whether the generated voltage (V) is 0V, and if the generated voltage (V) is not 0V, the storage battery is stored. It is determined whether the generated voltage V is greater than the battery voltage Bat_V by comparing the current storage battery voltage Bat_V of the individual storage batteries 1211 and 1212 in the unit 121.
이때 상기 축전지 전압(Bat_V)은 상기 축전지 전압 측정부(1221)에 의해 용이하게 측정될 수 있다.At this time, the storage battery voltage Bat_V may be easily measured by the storage battery voltage measurement unit 1221.
상기 단계(S100)에서, 상기 발전전압(V)이 0V가 아니고, 현재 축전지 전압(Bat_V)값 이하라면, 상기 태양광 발전부(100)은 정상 동작중이므로 정상 동작임을 확인하는 정상동작 확인단계(S101)를 실시하여 고장진단을 종료한다.In the step (S100), if the power generation voltage (V) is not 0V, but less than the current storage battery voltage (Bat_V) value, the solar power generation unit 100 is in normal operation and therefore a normal operation confirmation step ( S101) is executed to complete the fault diagnosis.
이때 상기 정상동작 확인단계(S101)는, 상기 태양광 발전부(100)이 정상 동작중임을 관리자의 단말기(300)에 통보하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the normal operation confirmation step (S101) may further include notifying the terminal 300 of the administrator that the solar power generation unit 100 is operating normally.
그리고 상기 단계(S100)에서, 발전전압(V)이 0V이거나, 상기 발전전압(V)이 0V가 아니더라도 현재 축전지 전압(Bat_V)값을 초과한다면, 상기 축전지 저장부(121) 내 개별 축전지들(1211, 1212)에 충전되어 있는 전류량(Bat_C)을 측정하고 이에 따라 판단하는 축전지 전류량 측정단계(S110)를 실시한다.And in the step (S100), if the generated voltage (V) is 0V, or even if the generated voltage (V) is not 0V exceeds the current storage battery voltage (Bat_V) value, individual storage batteries in the storage battery storage unit 121 ( A storage battery current measurement step (S110) is performed to measure the amount of current (Bat_C) charged in 1211 and 1212 and determine accordingly.
이때 상기 축전지 전류량(Bat_C)은 상기 축전지 충전전류 측정부(1222)에 의해 용이하게 측정될 수 있다.At this time, the storage battery current amount Bat_C may be easily measured by the storage battery charging current measuring unit 1222.
상기 단계(S110)에서는 상기 축전지 전류량(Bat_C)을 측정하고, 상기 축전지 전류량(Bat_C)이 0A 초과인지를 확인하여 판단한다. 이때의 판단은, 이전 단계(S100)에서의 발전전압(V)과 이 단계(S110)에서의 상기 축전지 전류량(Bat_C)을 고려하여 판단한다.In the step S110, the current amount of the storage battery (Bat_C) is measured, and it is determined by checking whether the current amount of the storage battery (Bat_C) exceeds 0A. The determination at this time is determined in consideration of the power generation voltage V in the previous step (S100) and the current amount of the storage battery (Bat_C) in this step (S110).
이전 단계(S100)에서의 발전전압(V)이 0V가 아니고 축전지 전압(Bat_V)보다 높은 것으로 판단된 상태에서, 상기 단계(S110)에서 상기 축전지 전류량(Bat_C)을 측정하였을 때 0A를 초과하지 않는 상태, 즉 0A 이하라면, 태양전지 측정부(113)의 전류측정부(1132)에 문제가 생긴 것으로 판단하고 이를 확인하여 관리자의 단말기(300)에 통보하는 태양전지 전류측정부 문제확인단계(S111)를 실시하여 고장을 진단한다.When it is determined that the power generation voltage (V) in the previous step (S100) is not 0V but is higher than the storage battery voltage (Bat_V), the battery current amount (Bat_C) is measured in the step (S110) and does not exceed 0A. If the state, that is, less than 0A, the solar cell current measuring unit problem checking step of determining that a problem has occurred in the current measuring unit 1132 of the solar cell measuring unit 113 and confirming the problem and notifying the terminal 300 of the administrator (S111 ) To diagnose the fault.
그리고 이전 단계(S100)에서의 발전전압(V)이 0V가 아니고 축전지 전압(Bat_V)보다 높은 것으로 판단된 상태에서, 상기 단계(S110)에서 상기 축전지 전류량(Bat_C)을 측정하였을 때 0A를 초과한 상태이거나, 이전 단계(S100)에서의 발전전압(V)이 0V로 측정되었을 땐, 상기 단계(S110)에서 상기 축전지 전류량(Bat_C)을 측정한 다음 그 결과에 상관없이 다음 단계로 넘어간다.And in the state that the generation voltage (V) in the previous step (S100) is not 0V but is determined to be higher than the storage battery voltage (Bat_V), when the battery current amount (Bat_C) is measured in the step (S110), it exceeds 0A. Or when the generated voltage (V) in the previous step (S100) is measured as 0V, the storage battery current amount (Bat_C) is measured in the step (S110) and then proceeds to the next step regardless of the result.
그리고 상기 단계(S110) 이후, 상기 광량센서(112)를 이용하여 현재의 광량(R)을 측정하는 광량측정단계(S120)를 실시한다.And after the step (S110), the light amount measuring step (S120) of measuring the current amount of light (R) using the light amount sensor 112 is performed.
상기 단계(S120)에서는 광량(R)을 측정하고, 측정된 광량(R)값이 20W/㎡를 초과하는지를 판단한다.In the step S120, the amount of light R is measured, and it is determined whether the measured light amount R value exceeds 20W/m2.
상기 단계(S120) 이후에는, 측정한 광량(R), 그리고 이전 단계(S100, S110)에서 각각 판단한 발전전압(V) 및 축전지 전류량(Bat_C)값을 이용하여 고장 여부 판단 및 고장 위치를 판단한다.After the step (S120), using the measured amount of light (R), and the generated voltage (V) and storage battery current amount (Bat_C) values determined in the previous steps (S100, S110), respectively, to determine whether there is a failure and to determine the location of the failure. .
만약 상기 발전전압 측정단계(S100)에 측정한 발전전압(V) 값이 0V였고, 상기 축전지 전류량 측정단계(S110)에서 측정한 축전지 전류량(Bat_C)이 0A를 초과한 상태에서, 상기 광량측정단계(S120)에서 측정한 광량(R)값이 20W/㎡를 초과하였다면, 상기 태양전지 측정부(113) 중 태양전지 전류측정부(1132)가 고장난 것으로 판단하고 이를 관리자의 단말기(300)에게 통보하는 태양전지 전류측정부 문제확인단계(S121)를 실시하여 종료한다.If the power generation voltage (V) value measured in the power generation voltage measurement step (S100) was 0V, and the storage battery current amount (Bat_C) measured in the storage battery current amount measurement step (S110) exceeds 0A, the light amount measurement step If the light quantity (R) value measured in (S120) exceeds 20W/m², it is determined that the solar cell current measuring unit 1132 of the solar cell measuring unit 113 has failed and notified to the administrator's terminal 300 The solar cell current measuring unit problem check step (S121) is carried out to end.
그리고 상기 발전전압 측정단계(S100)에 측정한 발전전압(V) 값이 0V였고, 상기 축전지 전류량 측정단계(S110)에서 측정한 축전지 전류량(Bat_C)이 0A를 초과한 상태에서, 상기 광량측정단계(S120)에서 측정한 광량(R)값이 20W/㎡ 이하였다면, 상기 태양전지 측정부(113)의 전압측정부(1131) 및 전류측정부(1132)가 고장난 것으로 판단하고 이를 관리자의 단말기(300)에게 통보하는 태양전지 전압, 전류측정부 문제확인단계(S122)를 실시하여 종료한다.In the state in which the generated voltage (V) value measured in the generation voltage measurement step (S100) was 0V, and the storage battery current amount (Bat_C) measured in the storage battery current amount measurement step (S110) exceeds 0A, the light quantity measurement step If the light intensity (R) value measured in (S120) is less than 20W/m2, it is determined that the voltage measurement unit 1131 and the current measurement unit 1132 of the solar cell measurement unit 113 have failed, and this 300) is notified to the solar cell voltage and current measuring unit problem confirmation step (S122) is carried out to end.
그리고 상기 발전전압 측정단계(S100)에 측정한 발전전압(V) 값이 0V였고, 상기 축전지 전류량 측정단계(S110)에서 측정한 축전지 전류량(Bat_C)이 0A 이하인 상태에서, 상기 광량측정단계(S120)에서 측정한 광량(R)값이 20W/㎡를 초과하였다면, 상기 태양전지 전압, 전류측정부 문제확인단계(S122)를 실시하여 종료한다.And in the state that the generated voltage (V) value measured in the generation voltage measurement step (S100) is 0V, and the storage battery current amount (Bat_C) measured in the storage battery current amount measurement step (S110) is 0A or less, the light quantity measurement step (S120) If the light quantity (R) value measured in) exceeds 20W/m2, the solar cell voltage and current measuring unit problem checking step (S122) is performed to terminate.
또한 상기 발전전압 측정단계(S100)에 측정한 발전전압(V) 값이 0V였고, 상기 축전지 전류량 측정단계(S110)에서 측정한 축전지 전류량(Bat_C)이 0A 이하인 상태에서, 상기 광량측정단계(S120)에서 측정한 광량(R)값이 20W/㎡를 이하였다면, 측정 대상이 되는 태양광 발전부(100)은 정상 동작 중인 것으로 판단하는 정상동작 확인단계(S123)를 실시하여 종료한다.In addition, in a state in which the generated voltage (V) value measured in the generation voltage measurement step (S100) was 0V, and the storage battery current amount (Bat_C) measured in the storage battery current amount measurement step (S110) is 0A or less, the light quantity measurement step (S120) If the light amount (R) value measured in) is less than 20W/m2, the solar power generation unit 100 to be measured performs a normal operation check step (S123), which determines that it is in normal operation, and ends.
이때 상기 정상동작 확인단계(S123)는, 상기 태양광 발전부(100)이 정상 동작중임을 관리자의 단말기(300)에 통보하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this case, the step of confirming the normal operation (S123) may further include notifying the terminal 300 of the administrator that the photovoltaic power generation unit 100 is operating normally.
그리고 상기 발전전압 측정단계(S100)에 측정한 발전전압(V) 값이 0V가 아니었지만 축전지 전압(Bat_V)값을 초과하였고, 상기 축전지 전류량 측정단계(S110)에서 측정한 축전지 전류량(Bat_C)이 0A를 초과한 상태에서, 상기 광량측정단계(S120)에서 측정한 광량(R)값이 20W/㎡ 이하였다면, 상기 정상동작 확인단계(S123)를 실시하여 종료한다.And although the generated voltage (V) value measured in the generation voltage measurement step (S100) was not 0V, the storage battery voltage (Bat_V) value was exceeded, and the storage battery current amount (Bat_C) measured in the storage battery current amount measurement step (S110) was In the state exceeding 0A, if the light amount R measured in the light amount measurement step S120 is less than or equal to 20 W/m 2, the normal operation check step S123 is performed to end.
또한 상기 발전전압 측정단계(S100)에 측정한 발전전압(V) 값이 0V가 아니었지만 축전지 전압(Bat_V)값을 초과하였고, 상기 축전지 전류량 측정단계(S110)에서 측정한 축전지 전류량(Bat_C)이 0A를 초과한 상태에서, 상기 광량측정단계(S120)에서 측정한 광량(R)값이 20W/㎡ 를 초과하였다면, 상기 광량센서(112)에 문제가 있다고 판단하고 이를 관리자의 단말기(300)에 통보하는 광량센서 문제확인단계(S124)를 실시하여 종료한다.In addition, the generation voltage (V) value measured in the generation voltage measurement step (S100) was not 0V, but the storage battery voltage (Bat_V) value was exceeded, and the storage battery current amount (Bat_C) measured in the storage battery current amount measurement step (S110) is In the state exceeding 0A, if the light amount (R) value measured in the light amount measurement step (S120) exceeds 20W/m², it is determined that there is a problem with the light amount sensor 112 and the administrator's terminal 300 It is terminated by performing the step (S124) to check the problem of the light amount sensor to be notified.
도 4는 상기 데이터수집부(213) 및 발전량학습부(214)의 동작 순서 구조도이다. 이하에서는 도 4를 통하여 상기 발전량학습부(214)의 동작 절차에 대하여 설명한다.4 is a structural diagram of the operation sequence of the data collection unit 213 and the power generation learning unit 214. Hereinafter, the operation procedure of the power generation learning unit 214 will be described with reference to FIG. 4.
상술한 바와 같이, 상기 데이터수집부(213)는 일정 시간 간격에 따르거나 또는 실시간으로 외부의 전기통신망으로부터 데이터를 수집하여 상기 외부환경 DB(223)를 갱신하는데, 상기 외부환경 DB(223)의 갱신 저장까지가 데이터 조달단계(S210)이다.As described above, the data collection unit 213 updates the external environment DB 223 by collecting data from an external telecommunication network according to a predetermined time interval or in real time, and the external environment DB 223 Until the update and storage is the data procurement step (S210).
상기 단계(S210)에서의 데이터 조달 출처는 관리자가 지정하거나, 또는 웹 크로울러(Web crowler) 등의 자동화된 탐색 프로그램으로 데이터를 추출하여 갱신할 수도 있다. 하지만 바람직하게는 상기 단계(S210) 이하의 단계를 원활하게 진행하기 위하여, 대용량 데이터를 수집 및 저장하고 처리할 수 있는 아파치 하둡(Apache Hadoop, 이하 ‘하둡’) 소프트웨어 프레임워크를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 하둡은 대량의 자료를 처리할 수 있는 분산 응용 프로그램을 지원하는 프리웨어 자바 소프트웨어 프레임워크로서, 빅데이터 처리와 분석을 위한 플랫폼 중 사실상 표준으로 사용되고 있다.The source of data procurement in the step S210 may be designated by an administrator, or data may be extracted and updated by an automated search program such as a web crower. However, it is preferable to use an Apache Hadoop (hereinafter'Hadoop') software framework that can collect, store, and process large amounts of data in order to smoothly proceed with the steps below the step S210. Hadoop is a freeware Java software framework that supports distributed application programs capable of processing a large amount of data, and is used as a de facto standard among platforms for processing and analyzing big data.
상기와 같은 하둡 프레임워크는 기본적으로 다수의 컴퓨터를 사용하여 마치 하나인 것처럼 사용하는 분산 프로그래밍 시스템으로서, 상기 제어서버(200)를 상술한 바와 같이 둘 이상의 컴퓨터를 편성하여 구현할 때 상기 하둡 프레임워크를 사용할 수 있다.The Hadoop framework as described above is a distributed programming system that uses a plurality of computers as if it were one, and when implementing the control server 200 by organizing two or more computers as described above, the Hadoop framework is used. Can be used.
또한 상기 하둡 프레임워크를 사용하게 되면, 상기 하둡 프레임워크의 구성요소로서 사용할 수 있는 하둡 분산형 파일시스템(HDFS; Hadoop distributed file system), MapReduce, Hive, Spark 등을 모두 사용할 수 있다. 이러한 상기 하둡 프레임워크와 하둡 프레임워크의 구성요소들에 대한 설명 등은 종래에 이미 공개되어 있는 기술내용으로 더 이상의 설명은 생략한다.In addition, if the Hadoop framework is used, all of the Hadoop distributed file system (HDFS), MapReduce, Hive, Spark, etc. that can be used as components of the Hadoop framework can be used. The description of the Hadoop framework and the components of the Hadoop framework, etc., has been disclosed in the prior art, and a further description will be omitted.
상기 단계(S210)에서의 데이터 취합 출처는 외부의 전기통신망 중 공중이 접근 가능한 어느 곳에서든 가능할 수 있는데, 예를 들어 본 발명의 시스템이 설치되는 그 지역의 연간 또는 월간 기상 데이터 등을 참조할 수도 있을 것이고, PVOutput나 NSRDB, Meso West 등 전세계적으로 취합된 데이터가 저장되어 있는 데이터베이스를 참조할 수도 있을 것이며, 타국가의 다른 태양광 발전 시스템의 데이터 등을 참조할 수도 있을 것이다.The data collection source in the step (S210) may be any place accessible to the public among external telecommunication networks, for example, it may refer to annual or monthly weather data of the area where the system of the present invention is installed. There will be, and it will be possible to refer to a database that stores data collected around the world such as PVOutput, NSRDB, Meso West, and other countries' data from other solar power systems.
상기 단계(S210)를 통해 취합된 데이터에 대하여, 상기 발전량학습부(240)는 데이터마이닝을 실시하는 데이터마이닝 단계(S220)를 실시한다.With respect to the data collected through the step (S210), the power generation learning unit 240 performs a data mining step (S220) of performing data mining.
상기 단계(S220)에서의 목표는 상기 외부환경 DB(223)에 저장되어 있는 원시 데이터에 대하여 다음 단계에서 사용할 수 있도록 가공하여 이를 바탕으로 발전량 예측에 대한 원시적이고 불확실한 예측모델 데이터인 원시모델 데이터(PD)를 생성하는 것이다. 상기 원시모델 데이터(PD)는 상기 형성모델 DB(2241)에 갱신되어 저장될 수 있다.The target in the step (S220) is to process the raw data stored in the external environment DB 223 so that it can be used in the next step, and based on this, raw model data, which is primitive and uncertain predictive model data for predicting power generation ( PD) is to be created. The original model data PD may be updated and stored in the formed model DB 2241.
상기 단계(S220)를 달성하기 위한 데이터마이닝 기법 및 이하에서 추가적으로 설명할 모델 트레이닝(S230), 모델 테스팅(S24) 단계를 달성하기 위하여, 인공 신경망(ANN; Artificial neural network) 구조 중에서도 둘 이상의 은닉층을 가지는 심층 신경망을 사용하여 상기 발전량학습부(214)의 목적을 달성하도록 한다.In order to achieve the data mining technique for achieving the above step (S220) and the model training (S230) and model testing (S24) steps that will be further described below, two or more hidden layers among the artificial neural network (ANN) structures are used. The branch uses a deep neural network to achieve the purpose of the power generation learning unit 214.
또한 상기 심층 신경망은 BP 알고리즘(Back Propagation) 알고리즘을 이용하여 동작하며, 따라서 상기 단계(S220) 이하의 각 단계들(S230, S240) 또한 상기 BP 알고리즘을 사용한 심층 신경망을 사용하여 구현하는 것이 바람직하다. In addition, the deep neural network operates using a BP algorithm (Back Propagation), so it is preferable to implement each of the steps (S230, S240) below the step (S220) using the deep neural network using the BP algorithm. .
이하에서는 도 5에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 각 단계(S220, S230, S240)를 포함하여, 상기 발전량학습부(214)의 동작은 2개의 깊이(Depth)을 가지는 상기 심층 신경망과 BP 알고리즘을 사용하는 것을 일예시로 하여 설명한다. 이하에서의 심층 신경망에 적용되는 BP 알고리즘은 가장 일반적이고 정식적인 방법을 사용하므로, 이 분야의 당업자들은 이하에서 설명할 상기 심층 신경망과 BP 알고리즘에 대한 설명에 대하여 쉽게 이해할 수 있을 것이다.In the following, as shown in Figure 5, including each step (S220, S230, S240) of the present invention, the operation of the power generation learning unit 214 is the deep neural network and the BP algorithm having two depths (Depth) It will be described using as an example. Since the BP algorithm applied to the deep neural network below uses the most general and formal method, those skilled in the art will be able to easily understand the description of the deep neural network and the BP algorithm to be described below.
상기 단계(S220)에서는 또한 추가적인 데이터 정제(S221) 단계를 통하여 발전량 예측모델에 사용될 트레이닝셋(D1), 테스트셋(D2), 그리고 블라인드셋(D3)를 형성한다. 상기 트레이닝셋(D1), 테스트셋(D2), 그리고 블라인드셋(D3)은 각각 상기 학습 DB(224) 내의 트레이닝셋 DB(2242), 테스트셋 DB(2243), 블라인드셋 DB(2244)에 각각 개별적으로 저장되며, 상기 셋 데이터(D1~D3)에 대한 설명은 차후에 한다.In the step (S220), a training set (D1), a test set (D2), and a blind set (D3) to be used in the power generation prediction model are formed through an additional data purification step (S221). The training set (D1), the test set (D2), and the blind set (D3) are respectively in the training set DB 2242, the test set DB 2243, and the blind set DB 2244 in the learning DB 224. It is stored individually, and the description of the set data D1 to D3 will be described later.
상기 단계(S220)를 통하여 형성된 상기 원시모델 데이터(PD)는 일반적인 순방향 심층 신경망의 입력층 부분에 대응될 수 있도록, 상기 외부환경 DB(223)에 저장되어 있는 일사량(S), 강수량(R), 기온(T), 전운량(C), 습도(Wt), 안개(F) 정보에 대하여 변형시킨, 0.0~1.0 사이의 값으로 정규화된 입력데이터(X1~X6)로 변환되어 상기 형성모델 DB(2241)에 갱신 저장한다.The primitive model data PD formed through the step S220 is stored in the external environment DB 223 so as to correspond to the input layer portion of a general forward deep neural network. , Temperature (T), total cloud volume (C), humidity (Wt), fog (F) information is transformed into input data (X1 to X6) normalized to a value between 0.0 and 1.0, and the formation model DB Save the update to (2241).
상기 단계(S220)를 통하여 형성된 상기 원시모델 데이터(PD)에 대하여 모델 트레이닝 단계(S230)를 실시한다. A model training step (S230) is performed on the raw model data (PD) formed through the step (S220).
상기 단계(S230)에서는 도 5에서 도시된 바와 같이, 깊이(Depth)가 2개, 즉 은닉층(HL)과 출력층(OL)을 포함하는 구조를 만들어 예측을 진행한다. epoch(반복학습의 횟수) 및 최대 에러율, 학습률을 선정하여 상기 단계(S230)를 진행하는데, 여기서 epoch값, 최대 에러율, 학습률은 관리자가 상기 단계(230)를 수행하기 위하여 임의로 선정하는 값이다. 예를 들어 epoch 1000회, 최대 에러율 0.0001, 0.001, 0.01로 하고, 학습률 0.0001, 0.001, 0.01, 0.1로 선정하여 진행 할 수 있다.In the step S230, as shown in FIG. 5, a structure including two depths, that is, a hidden layer HL and an output layer OL, is made to perform prediction. The step S230 is performed by selecting an epoch (the number of repetitive learning), a maximum error rate, and a learning rate, where the epoch value, the maximum error rate, and the learning rate are values arbitrarily selected by the administrator to perform the step 230. For example, 1000 epochs, maximum error rates of 0.0001, 0.001, and 0.01, and learning rates of 0.0001, 0.001, 0.01, and 0.1 can be selected to proceed.
상기와 같이 임의로 정하는 최대 에러율과 학습률로 진행된 결과로 평균 제곱근 오차(Root mean square error; RMSE)를 산출하여 가장 적은 값을 도출하여 사용할 수 있다.As a result of proceeding with the maximum error rate and the learning rate arbitrarily determined as described above, a root mean square error (RMSE) is calculated, and the smallest value can be derived and used.
상기 단계(S230)에서 학습에 사용하는 것이 상기 트레이닝셋(D1)이다. 상기 트레이닝셋(D1)은 상기 데이터 정제단계(S221)에서 형성되는데, 상기 단계(S221)에서는 정해진 기준에 따라 데이터, 즉 상기 외부환경 DB(223)에 저장되어 있는 일사량(S), 강수량(R), 기온(T), 전운량(C), 습도(Wt), 안개(F) 정보를 미리 입력된 기준에 따라 분류 및 분석, 세트화하여 형성된 데이터이다.The training set D1 is used for learning in step S230. The training set (D1) is formed in the data purification step (S221), and in the step (S221), data according to a predetermined standard, that is, the amount of insolation (S) and precipitation (R) stored in the external environment DB (223) ), temperature (T), total cloud volume (C), humidity (Wt), and fog (F) information are classified, analyzed, and set according to pre-input criteria.
상기 단계(S230)를 실시하는 구체적인 순서가 도 6에 도시되어 있다. 이에 대해 설명하면, 상기 단계(S230)에서 인입되는 원시모델 데이터(PD)에 대하여 관리자가 수치를 선정하고 선정된 수치 및 학습 패턴쌍을 입력하는 수치선정 및 입력단계(S231), 은닉층(HL) 및 출력층(OL)의 입력 가중합 및 최종 출력을 계산하는 출력계산 단계(S232), 오차신호값을 계산하는 오차계산단계(S233), 그리고 다음 회차의 학습단계에 사용될 연결강도를 구하는 연결강도 변화량 계산단계(S234)를 실시한다.A specific procedure for performing the step S230 is shown in FIG. 6. Explaining this, a numerical selection and input step (S231) in which an administrator selects a numerical value for the raw model data PD imported in the step (S230) and inputs the selected numerical value and learning pattern pair (S231), a hidden layer (HL) And the output calculation step (S232) of calculating the input weighted sum and final output of the output layer (OL), the error calculation step (S233) of calculating the error signal value, and the amount of change in connection strength to obtain the connection strength to be used in the next learning step. A calculation step (S234) is performed.
상기 수치선정 및 입력단계(S231)에서는, 우선 상기 발전량학습부(214)가 신경망 중 상기 원시모델 데이터(PD)와 상기 은닉층(HL) 간의 연결강도(Vk) 와, 상기 은닉층(HL)과 출력층(OL) 간의 연결강도(Wk)를 임의의 작은 값으로 초기화하고, 상기 원시모델 데이터(PD) 내에 포함된 정규화된 입력데이터(X1~X6)를 불러오며, 목표치(d)를 선정한다.In the numerical selection and input step (S231), first, the power generation learning unit 214 includes a connection strength (V k ) between the primitive model data (PD) and the hidden layer (HL) of the neural network, and the hidden layer (HL). The connection strength (W k ) between the output layers (OL) is initialized to a small arbitrary value, the normalized input data (X1 to X6) included in the original model data (PD) are loaded, and a target value (d) is selected. .
이때 만약 상기 단계(S231)가 이전부터 학습을 실시하여, 차후에 설명될 연결강도 변화량 계산단계(S234)를 실시하여 다음 회차에서 사용할 신경망 연결강도 Vk+1 와 Wk+1 값을 받은 상태로 재귀하여 상기 수치선정 및 입력단계(S231)를 다시 실시하고 있는 상태라면, 이전 회차 상기 연결강도 변화량 계산단계(S234)에서 결정된 신경망 연결강도 Vk+1와 Wk+1 값을 사용하도록 한다.At this time, if the step (S231) performs learning from the previous, and performs the step (S234) of calculating the amount of change in the connection strength to be described later, the neural network connection strengths V k+1 and W k+1 to be used in the next round are received. If the numerical selection and input step (S231) is recursively performed, the values of the neural network connection strengths V k+1 and W k+1 determined in the previous round of the connection strength change calculation step (S234) are used.
그리고 상기 단계(S231)에서는 또한, 관리자가 적절한 학습률(η)과 최대 에러율(Emax)를 결정하여 입력하고, 상기 발전량학습부(214)가 연결 강도 변경을 위해 학습 패턴쌍을 차례로 입력한다.Further, in the step S231, the administrator determines and inputs an appropriate learning rate (η) and a maximum error rate (E max ), and the power generation learning unit 214 sequentially inputs a pair of learning patterns to change the connection strength.
상기 단계(S231) 이후에는 출력계산단계(S232)를 실시한다. 상기 출력계산단계에서는 우선 아래 수학식 2를 통해 은닉층(HL)의 입력 가중합(NETz)을 구한다.After the step (S231), an output calculation step (S232) is performed. In the output calculation step, first, the input weighted sum (NET z ) of the hidden layer HL is obtained through Equation 2 below.
상기 수학식 2에서, Xn은 상기 원시모델 데이터(PD)에 포함되어 있는, 일사량(S), 강수량(R), 기온(T), 전운량(C), 습도(Wt), 안개(F) 정보에 대하여 변형시킨, 0.0~1.0 사이의 값으로 정규화된 실험용 데이터(X1~X6) 중 어느 하나이고, 상기 T는 전치(Transpose)된 것임을 의미한다.In Equation 2, X n is included in the raw model data PD, insolation (S), precipitation (R), temperature (T), total cloud volume (C), humidity (Wt), and fog (F ) It is any one of experimental data (X1 to X6) normalized to a value between 0.0 to 1.0, modified with respect to the information, and T means that it has been transposed.
상기 수학식 2를 통해 상기 은닉층(HL)의 입력 가중합(NETz)을 구한 뒤, 시그모이드(Sigmoid) 함수 형태로 표현되는 아래 수학식 3을 통해 출력 Z를 구한다.After obtaining the input weighted sum NET z of the hidden layer HL through Equation 2, the output Z is obtained through Equation 3 below, expressed in the form of a sigmoid function.
그리고 아래 수학식 4를 통해 출력층(OL)의 입력 가중합(NETy)을 구한다.And the input weighted sum (NET y ) of the output layer OL is obtained through Equation 4 below.
그리고 아래 수학식 5를 통해 최종 출력(y)을 구한다.And the final output (y) is obtained through Equation 5 below.
상기와 같이 최종 출력(y)을 구함으로서 상기 출력계산 단계(S232)를 종료한다.The output calculation step (S232) is terminated by obtaining the final output (y) as described above.
상기 단계(S232)의 종료 후에는 오차계산 단계(S233)를 실시한다. 상기 오차계산 단계(S233)에서는, 우선 아래 수학식 6을 통하여 제곱오차 E를 갱신 저장한다. 최초의 제곱오차 E값은 0이 된다.After the end of the step (S232), an error calculation step (S233) is performed. In the error calculation step S233, the squared error E is first updated and stored through Equation 6 below. The initial squared error E is zero.
그리고 상기 출력층(OL)의 오차신호(δy)를 아래의 수학식 7을 통해 구한다. And the error signal δ y of the output layer OL is obtained through Equation 7 below.
또한 상기 은닉층(HL)의 오차신호(δz)를 아래의 수학식 8을 통해 구한다.In addition, the error signal δ z of the hidden layer HL is obtained through Equation 8 below.
상기와 같은 순서를 통하여 상기 은닉층 오차신호(δz)를 구함으로서 상기 오차계산 단계(233)를 종료한다.The error calculation step 233 is terminated by obtaining the hidden layer error signal δ z through the above procedure.
상기 단계(S233)의 종료 후에는 연결강도 변화량 계산단계(S234)를 실시한다. 상기 단계(S234)에서는 상기 은닉층 및 출력층(HL, OL) 간의 연결강도 변화량(ΔW)을 구하여 다음 회차 학습의 수치선정 및 입력단계(S231)에 사용될 연결강도(Wk+1)를 아래 수학식 9를 통하여 구한다. After the end of the step (S233), the connection strength change calculation step (S234) is performed. In the step (S234), the connection strength (W k+1 ) to be used in the numerical selection and input step (S231) of the next round of learning is calculated by obtaining the change in the connection strength (ΔW) between the hidden layer and the output layer (HL, OL). Find it through 9.
또한 상기 단계(S234)에서는 입력층의 역할을 하는 상기 원시모델 데이터(PD)와 상기 은닉층(HL) 간의 연결강도 변화량(ΔV)을 계산하여 다음 회차 학습의 수치선정 및 입력단계(S231)에 사용될 연결강도(Vk+1)를 아래 수학식 10을 통하여 구한다.In addition, in the step (S234), the change in connection strength (ΔV) between the raw model data PD serving as an input layer and the hidden layer HL is calculated to be used in the numerical selection and input step (S231) of the next round of learning. The connection strength (V k+1 ) is obtained through Equation 10 below.
상기와 같은 순서를 통하여 상기 다음 회차 학습 연결강도(Vk+1, Wk+1)를 구함으로서 상기 연결강도 변화량 계산단계(234)를 종료한다.The connection strength variation calculation step 234 is terminated by obtaining the next learning connection strength (V k+1 , W k+1 ) through the above procedure.
상기한 단계(S231~S234)를 통해 1회차의 학습을 실시하게 되며, 이러한 상기 단계(S231~S234)의 반복적인 실시를 통한 반복 학습을 통해 최적의 값을 찾아가도록 해야 하는데, 상기 단계(S234) 종료 후 미리 입력된 epoch값을 초과하였는지 검사하여 미만이라면 상기 단계(S231)로 돌아가 다시 계산하고, 만약 미리 입력된 epoch값을 초과하였다면 이때는 미리 입력된 최대 에러율(Emax)과 비교하여 만약 미리 입력된 최대 에러율(Emax) 이상이라면 다시 상기 단계(S231)로 돌아가고, 그렇지 않다면 다음 단계로 넘어간다.The first learning is performed through the above steps (S231 to S234), and the optimum value should be found through repetitive learning through repeated execution of the steps (S231 to S234). ) If less then checks whether more than a pre-the epoch, the end compared to the calculated back to the step (S231), and if the If pre exceeds added epoch value that case, pre-maximum error rate (E max) if the pre- If it is more than the input maximum error rate (E max ), it returns to the step (S231) again, and if not, it goes to the next step.
상기 학습량, 은닉층의 수, 최대 에러율은 선정하는 데 있어서 분명한 규칙을 두지 않고, 잘못된 초기값은 과대적합(Overfitting) 문제를 보이므로 관리자는 상기 학습량, 은닉층의 수, 최대 에러율의 선정에 있어서 적절한 값을 선정하여 반복적인 학습 실험을 통해 최적의 초기값을 찾을 수 있다.The amount of learning, the number of hidden layers, and the maximum error rate do not have clear rules in selecting, and an incorrect initial value shows an overfitting problem, so the administrator is an appropriate value in selecting the amount of learning, the number of hidden layers, and the maximum error rate. By selecting, the optimal initial value can be found through repeated learning experiments.
상기 단계(S230)를 통과한 데이터 대하여는 모델 테스팅 단계(S240)를 실시한다.The model testing step (S240) is performed on the data that has passed the step (S230).
상기 모델 테스팅 단계(S240)는 상기 데이터 정제단계(S221)에서 설정된 기준에 따라 생성된 테스트셋(D2)과 블라인드셋(D3)을 이용한다.In the model testing step (S240), a test set (D2) and a blind set (D3) generated according to the criteria set in the data purification step (S221) are used.
상기 테스트셋(D2)은 일반적인 딥러닝 테스트 단계에서 사용하는, 학습 완료 후 검증을 하기 위하여 사용되는 데이터이며 상기 블라인드셋(D3)은 추가로 구분지어져 사용되는 벨리데이션 셋으로서 학습을 하는데 필요한 학습률 및 과대적합 현상을 줄이기 위하여 사용되는 데이터이다.The test set (D2) is data used in a general deep learning test step and used for verification after completion of learning, and the blind set (D3) is a validation set that is additionally classified and used, and the learning rate required for learning and This data is used to reduce overfitting.
상기 단계(S240)를 통과한 데이터는 높은 적중률을 보이는 예측모델 데이터(CD)가 되어, 미래의 발전량을 효과적으로 예측할 수 있게 된다.The data passing through the step S240 become predictive model data (CD) showing a high hit rate, so that the future generation amount can be effectively predicted.