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KR-20260060486-A - VIRTUAL POWER PLANT WITH POWER FORECASTING USING ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME

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Abstract

본 발명은 가상 발전 장치에 관한 것으로, 복수의 스마트폴 각각이 소비한 전력과 생산한 전력에 대한 위치정보와 일시정보를 포함할 수 있는 전력 데이터를 수집하는 전력 데이터 수집부, 복수의 스마트폴 각각이 설치된 지역에 대한 제1 기상 데이터와 복수의 국가의 기상정보 플랫폼으로부터 제2 기상 데이터를 수집할 수 있는 기상 데이터 수집부, 전력 데이터, 제1 기상 데이터, 및 제2 기상 데이터를 전처리하여 인공지능 모델을 학습시킬 수 있는 데이터 학습부, 인공지능 모델을 이용하여 위치정보와 일시정보를 입력받아 복수의 스마트폴 각각이 향후 생산 및 소비할 전력량을 예측할 수 있는 전력량 예측부, 예측한 전력량에 따라 복수의 스마트폴 각각을 제어할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.

Inventors

  • 전기은
  • 유빈
  • 정우진
  • 방형기

Assignees

  • 주식회사 터빈크루

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241024

Claims (17)

  1. 복수의 스마트폴 각각이 소비한 전력과 생산한 전력에 대한 위치정보와 일시정보를 포함하는 전력 데이터를 수집하는 전력 데이터 수집부; 상기 복수의 스마트폴 각각이 설치된 지역에 대한 제1 기상 데이터와 복수의 국가의 기상정보 플랫폼으로부터 제2 기상 데이터를 수집하는 기상 데이터 수집부; 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터를 전처리하여 인공지능 모델을 학습시키는 데이터 학습부; 상기 인공지능 모델을 이용하여 상기 위치정보와 상기 일시정보를 입력받아 상기 복수의 스마트폴 각각이 향후 생산 및 소비할 전력량을 예측하는 전력량 예측부; 및 상기 예측한 전력량에 따라 상기 복수의 스마트폴 각각을 제어하는 제어부; 를 포함하는 가상 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 스마트폴 각각은 풍력 또는 태양력 발전기 중 적어도 하나로부터 전력을 생산하는 발전수단, 상기 발전수단으로부터 생산된 전력을 저장하는 에너지저장장치(ESS), 및 상기 에너지저장장치를 제어하는 배터리관리시스템(BMS)을 포함하는, 가상 발전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 위치정보는 GPS 기반의 위도, 경도 및 고도 정보, RTK-GPS를 통한 정밀 위치 정보, 및 기지국 신호를 활용한 네트워크 기반 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는 가상 발전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 일시정보는 상기 위치정보와 결합된 시간정보를 포함하는 가상 발전 장치.
  5. 제 5 항에 있어서, 상기 시간정보는 상기 복수의 스마트폴 각각이 생산한 전압값과 전류값 및 상기 전압값과 상기 전류값을 생산한 시점을 나타내는 스탬프 정보를 포함하는 가상 발전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터를 전처리하는 것은 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터의 시간 축을 정렬하여 동일한 시간 간격으로 리샘플링하고, 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터의 결측치와 이상치를 보완하여, 연속형 데이터에 대해 정규화 또는 표준화를 수행하고, 범주형 데이터는 원-핫 인코딩을 통해 처리한 후, 시계열 예측을 위해 슬라이딩 윈도우 기법을 적용하며, 시간대, 요일, 및 계절 특성을 추가하고, 훈련셋, 검증셋, 테스트셋으로 분할하여 일관된 데이터셋을 구성하는 것을 포함하는 가상 발전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 인공지능 모델은 LSTM(Long Short-Term Memory), ANIMA(Adaptive Neural Independent Modal Analysis), 및 GLU(Gated Linear Unit) 중 적어도 하나의 모델인 가상 발전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전력량 예측부는 실시간으로 업데이트된 제1 기상 데이터 및 제2 기상데이터를 반영하여 예측을 주기적으로 재수행하는 가상 발전 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전력량 예측부에서 예측한 향후 생산 및 소비할 전력량에 따라 전력 수급 계획을 수립하는 전력 수급 계획부를 더 포함하는 가상 발전 장치.
  10. 복수의 스마트폴 각각이 소비한 전력과 생산한 전력에 대한 위치정보와 일시정보를 포함하는 전력 데이터를 수집하는 단계; 상기 복수의 스마트폴 각각이 설치된 지역에 대한 제1 기상 데이터와 복수의 국가의 기상정보 플랫폼으로부터 제2 기상 데이터를 수집하는 단계; 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터를 전처리하여 인공지능 모델을 학습시키는 단계; 상기 인공지능 모델을 이용하여 상기 위치정보와 상기 일시정보를 입력받아 상기 복수의 스마트폴 각각이 향후 생산 및 소비할 전력량을 예측하는 단계; 및 상기 예측한 전력량에 따라 상기 복수의 스마트폴 각각을 제어하는 단계; 를 포함하는 가상 발전 장치를 제어하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 위치정보는 GPS 기반의 위도, 경도 및 고도 정보, RTK-GPS를 통한 정밀 위치 정보, 및 기지국 신호를 활용한 네트워크 기반 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는 가상 발전 장치를 제어하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 일시정보는 상기 위치정보와 결합된 시간정보를 포함하는 가상 발전 장치를 제어하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 시간정보는 상기 복수의 스마트폴 각각이 생산한 전압값과 전류값 및 상기 전압값과 상기 전류값을 생산한 시점을 나타내는 스탬프 정보를 포함하는 가상 발전 장치를 제어하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터를 전처리하는 것은 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터의 시간 축을 정렬하여 동일한 시간 간격으로 리샘플링하는 단계; 상기 전력 데이터, 상기 제1 기상 데이터, 및 상기 제2 기상 데이터의 결측치와 이상치를 보완하여, 연속형 데이터에 대해 정규화 또는 표준화를 수행하고, 범주형 데이터는 원-핫 인코딩을 통해 처리하는 단계; 시계열 예측을 위해 슬라이딩 윈도우 기법을 적용하여, 시간대, 요일, 및 계절 특성을 추가하고, 훈련셋, 검증셋, 테스트셋으로 분할하여 일관된 데이터셋으로 구성하는 단계를 포함하는 가상 발전 장치를 제어하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 인공지능 모델은 LSTM(Long Short-Term Memory), ANIMA(Adaptive Neural Independent Modal Analysis), 및 GLU(Gated Linear Unit) 중 적어도 하나의 모델인 가상 발전 장치를 제어하는 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 전력량 예측부는 실시간으로 업데이트된 제1 기상 데이터 및 제2 기상데이터를 반영하여 예측을 주기적으로 재수행하는 단계를 포함하는 가상 발전 장치를 제어하는 방법.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 전력량 예측부에서 예측한 향후 생산 및 소비할 전력량에 따라 전력 수급 계획을 수립하는 단계를 더 포함하는 가상 발전 장치를 제어하는 방법.

Description

인공지능을 이용한 전력 예측이 가능한 가상 발전 장치 및 이를 제어 방법{VIRTUAL POWER PLANT WITH POWER FORECASTING USING ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME} 본 발명은 인공지능을 이용하여 전력 예측이 가능한 가상 발전 장치 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다. 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)은 전통적으로 배터리의 충전 및 방전 상태를 실시간으로 모니터링하고, 배터리가 안전한 운영 범위 내에서 최적의 성능을 유지하도록 관리하는 데 중점을 두어 왔다. 기존의 BMS는 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 지속적으로 감시함으로써 과충전, 과방전, 과열 등의 위험 요소를 예방하고, 배터리의 수명을 연장하며 안정적인 에너지 공급을 보장하는 중요한 역할을 수행한다. 그러나 기존의 BMS는 스마트폴과 같은 분산형 에너지 자산에서 활용되는 가상발전소(Virtual Power Plant, 이하 VPP)와 같은 동적 에너지 관리 솔루션과의 통합에 있어서 몇 가지 한계를 가지고 있다. VPP는 여러 분산형 에너지 자산을 통합하여 하나의 가상 발전소처럼 운영함으로써 전력 수요와 공급을 효율적으로 조절하고, 에너지 시장에서의 경쟁력을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 동적 에너지 관리 솔루션은 예측 가능한 전력 수요와 공급 패턴을 기반으로 실시간으로 에너지 생산과 소비를 조정하여 최적의 에너지 흐름을 설계한다. 기존의 BMS는 주로 현재 배터리의 상태에 기반한 모니터링과 안전 제어에 집중하고 있어, 과거 데이터를 활용한 에너지 수요 및 공급 예측을 지원하는 데 한계가 있다. 예를 들어, 기존 BMS는 배터리의 현재 충전 상태나 온도 등을 실시간으로 감시하지만, 장기적인 에너지 수요 예측이나 재생에너지 생산량의 변동성을 고려한 최적화된 배터리 사용 계획을 수립하는 데 필요한 데이터 분석 기능이 부족하다. 특히, 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지는 기후 조건에 따라 전력 생산량이 크게 변동되기 때문에 이러한 발전 시스템과 연계된 배터리의 에너지 관리는 더욱 복잡해진다. 태양광 발전은 일사량에, 풍력 발전은 풍속에 크게 의존하여 날씨 변화에 따라 전력 생산량이 급증하거나 급감할 수 있으며, 이러한 변동성은 배터리의 충방전 패턴에도 영향을 미친다. 따라서 효율적인 에너지 저장 및 공급을 위해서는 예측 가능한 관리가 필수적이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전 시스템을 나타내는 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전 시스템에 포함된 스마트폴의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가상 발전 장치를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다. 아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 다양한 실시예에 따른 가상 발전 장치 및 이를 제어하는 방법을 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전 시스템을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상발전 시스템에 포함된 스마트폴의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가상 발전 시스템은 가상 발전 장치(10), 스마트폴(20a, 20b, …, 20n), 통신네트워크(30)을 포함할 수 있다. 가상 발전 장치(10)는 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)과 같은 분산형 에너지 자원의 통합적인 운영을 위한 장치로서, 실시간 데이터 수집과 AI 기반 예측 모델을 통해 전력의 생산과 소비를 정밀하게 조정하는 데 사용될 수 있다. 가상 발전 장치(10)는 통신네트워크(30)를 통해 스마트폴(20a, 20b, …, 20n) 등 여러 에너지 자산과 상호작용할 수 있고, 배터리의 충·방전 계획을 최적화하고 재생에너지 발전의 변동성을 고려하여 에너지 수급을 동적으로 조정할 수 있다. 보다 구체적으로 가상 발전 장치(10)는 전력 데이터 수집부(110), 기상 데이터 수집부(120), 데이터 학습부(130), 전력량 예측부(140), 제어부(150), 및 통신부(160)을 포함할 수 있다. 전력 데이터 수집부(110)은 스마트폴(20a, 20b, …, 20n) 각각이 소비한 전력과 생산한 전력에 대한 위치정보와 일시정보를 포함하는 전력 데이터를 수집할 수 있다. 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)은 각기 다른 위치에 설치되어 개별적인 에너지 소비 및 생산 패턴을 가질 수 있다. 여기서, 위치정보는 GPS 기반의 위도, 경도 및 고도 정보, RTK-GPS를 통한 정밀 위치 정보, 기지국 신호를 활용한 네트워크 기반 위치 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 일시정보는 위치정보와 결합된 시간정보를 포함하며, 해당 시간정보는 스마트폴이 생산한 전압값과 전류값을 측정하고, 이러한 전압값과 전류값이 생산된 시점을 나타내는 스탬프 정보를 포함할 수 있다. 전력 데이터는 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)에 포함된 BMS(230)에서 실시간으로 측정될 수 있으며, BMS(230)는 각 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)의 배터리 상태와 에너지 생산 및 소비량을 지속적으로 모니터링하여 데이터를 수집할 수 있다. BMS(230)는 배터리의 충전 및 방전 상태, 전력의 소비 및 공급 현황을 측정하고 기록할 수 있다. BMS(230)는 또한 스마트폴이 태양광 패널이나 풍력 터빈과 같은 재생에너지 발전 시스템과 연계되어 있는 경우, 해당 발전 수단의 에너지 생산량을 함께 측정하여 통합된 전력 데이터를 생성할 수 있다. 이렇게 측정된 전력 데이터는 통신네트워크(30)를 통해 가상 발전 장치(10)로 송신될 수 있다. 특히, 위치정보와 일시정보가 포함된 전력 데이터는 지역별, 시간대별 전력 소비 패턴을 파악하고, 이를 바탕으로 배터리 충·방전 계획을 최적화하는 데 중요한 요소가 될 수 있다. 예를 들어, 특정 지역의 날씨와 시간대에 따라 태양광 발전량이 예측된 경우, 가상 발전 장치는 해당 예측을 바탕으로 배터리에서의 방전 시점을 조정하거나, 잉여 에너지를 저장하는 스케줄을 수립할 수 있다. 기상 데이터 수집부(120)는 스마트폴(20a, 20b, …, 20n) 각각이 설치된 지역에 대한 기상 데이터를 실시간으로 수집하고, 복수의 국가 기상정보 플랫폼으로부터 다양한 기상 데이터를 통합적으로 수집할 수 있다. 기상 데이터는 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)이 설치된 각 지역의 제1 기상 데이터와 복수의 국가의 기상청 또는 공공 기상정보 플랫폼으로부터 수집된 제2 기상 데이터를 포함하며, 이러한 데이터들은 정확한 전력 예측과 에너지 관리에 활용될 수 있다. 제1 기상 데이터는 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)이 위치한 지역의 실시간 날씨 조건을 직접 측정하는 데이터를 의미하며, 온도, 습도, 풍속, 풍향, 일사량, 기압, 강수량과 같은 다양한 기후 요소를 포함할 수 있다. 제1 기상 데이터는 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)에 설치된 센서(240)를 통해 수집될 수 있으며, 이 과정에서 수집된 데이터는 각 스마트폴(20a, 20b, …, 20n)의 전력 생산과 소비에 영향을 미치는 환경 조건을 분석하는 데 사용될 수 있다. 제2 기상 데이터는 CDS(Copernicus Climate Data Store), NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration), WMO(World Meteorological