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공동주택 전력 소비 데이터 분석 및 딥러닝을 사용한 전력 소비 예측
Analysis of Apartment Power Consumption and Forecast of Power Consumption Based on Deep Learning 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.4, 2019년, pp.1373 - 1380  

유남조 (Dept. of Electronics Engineering, Hankuk University of Foreign Studies) ,  이은애 (Dept. of Electronics Engineering, Hankuk University of Foreign Studies) ,  정범진 (Dept. of Electrical and Information Engineering, Seoul National University of Science and Technology) ,  김동식 (Dept. of Electronics Engineering, Hankuk University of Foreign Studies)

초록
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에너지의 생산 효율성을 증가시키기 위해 최근 스마트그리드 기술 중 지능형 검침 시스템(AMI, advanced metering infrastructure)의 개발이 활발히 진행되고 있다. 전력 소비 데이터를 분석하고 소비 패턴을 예측하는 일은 AMI에서 핵심적인 부분이다. 본 논문에서는 수집된 전력 소비 데이터를 분석하고 발생할 수 있는 오류들을 정리하였으며 소비 패턴을 월별로 k-means 군집화 알고리즘을 사용하여 분석하였다. 또한 deep neural network를 이용하여 소비 패턴을 예측하였는데, 가구별 하루 전력 사용량 예측의 어려움을 극복하기 위하여 전력 사용량을 100개의 군집으로 분류하여 이 군집의 하루 평균으로 다음날 군집의 평균을 예측하였다. 실제 AMI에서의 전력 데이터를 사용하여 오류들을 분석하였으며 군집화 방법을 도입하여 성공적으로 전력 소비 예측이 가능하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to increase energy efficiency, developments of the advanced metering infrastructure (AMI) in the smart grid technology have recently been actively conducted. An essential part of AMI is analyzing power consumption and forecasting consumption patterns. In this paper, we analyze the power con...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 장에서는 AMI 기술개발 중 지능형 전력량계를 통해 수집된 소비자들의 전력 소비 데이터를 분석하고 발생할 수 있는 오류들을 정의하여 보정 방법에 대해 고찰한다. 발생한 데이터 오류를 보정할 수 있는 방법은 다양하게 존재하는데 본 논문에서 데이터 오류의 보정은 딥러닝 과정에서 훈련 데이터를 만드는 것을 목적으로 보정을 하였다.
  • 본 논문에서는 공동주택의 원격검침 시스템에서 수집된 한 시간 단위 전력 소비 데이터를 분석하였고 발생할 수 있는 오류들을 정의하고 보정하는 방법에 대해서 연구하였다. 공동주택에서 전력 소비 패턴을 월별로 평균 및 k-means 군집화 알고리즘을 사용하여 분석하였으며 전력 소비 패턴을 100개의 군집으로 분류하고 군집의 평균으로 다음 날의 전력소비 패턴을 DNN으로 예측하는 방법을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 딥러닝을 이용한 전력 소비 패턴 예측의 성능을 높이기 위해 각 가구의 하루 전력 사용량을 예측하는 것이 아닌 k-means 군집화 알고리즘을 사용하여 가구들을 분류하고 군집에 속한 가구들의 하루 전력 사용량을 평균하여 다음날 전력 사용량의 평균을 예측한다. 분류한 군집의 개수는 총 100개로 나누었으며 각 가구의 한 달 동안 전력 사용량의 평균을 분류하였고 주말을 제외한 주중 데이터만 사용하였다.
  • 본 논문에서는 원격검침이 구축된 공동주택에서 수집된 공동주택 전력 소비 데이터를 분석하여 수집과정에서 발생할 수 있는 오류들을 정의하고 보정방법에 대해 서술한다. 또한 아홉 달(1월~9월)의 한 시간 단위 전력 사용 데이터를 분석하고 k-means 알고리즘을 사용하여 군집화 작업을 하여 전력 소비 패턴을 분석하고 DNN(deep neural network)를 사용하여 전력 소비 패턴을 예측한다.
  • 본 장에서는 AMI 기술개발 중 지능형 전력량계를 통해 수집된 소비자들의 전력 소비 데이터를 분석하고 발생할 수 있는 오류들을 정의하여 보정 방법에 대해 고찰한다. 발생한 데이터 오류를 보정할 수 있는 방법은 다양하게 존재하는데 본 논문에서 데이터 오류의 보정은 딥러닝 과정에서 훈련 데이터를 만드는 것을 목적으로 보정을 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트그리드란? 그로 인해 전력시스템의 효율성을 증가시키는 전력망과 정보통신기술을 융합한 스마트그리드 기술이 개발되고 있다. 스마트그리드란 전력공급자와 소비자가 실시간 사용 정보를 교환하여 에너지 사용량 예측과 생산의 운용으로 에너지 효율을 최대화하는 차세대 전력망이다. 이 기술을 통해 단방향성의 중앙집중형 계통운영에서 중앙의 전력운영 시스템과 다수의 수요자원, 소규모 분산전원 등이 상호 유기적이며 복합적으로 거래 및 운영되는 실시간 양방향성의 계통운영으로 전환된다.
최근 스마트그리드 기술 중 에너지의 생산 효율성을 증가시키기 위한 노력은? 에너지의 생산 효율성을 증가시키기 위해 최근 스마트그리드 기술 중 지능형 검침 시스템(AMI, advanced metering infrastructure)의 개발이 활발히 진행되고 있다. 전력 소비 데이터를 분석하고 소비 패턴을 예측하는 일은 AMI에서 핵심적인 부분이다.
스마트그리드 기술의 긍정적인 의의 스마트그리드란 전력공급자와 소비자가 실시간 사용 정보를 교환하여 에너지 사용량 예측과 생산의 운용으로 에너지 효율을 최대화하는 차세대 전력망이다. 이 기술을 통해 단방향성의 중앙집중형 계통운영에서 중앙의 전력운영 시스템과 다수의 수요자원, 소규모 분산전원 등이 상호 유기적이며 복합적으로 거래 및 운영되는 실시간 양방향성의 계통운영으로 전환된다. 스마트그리드 기술 중 핵심적인 기술로 최근에 주목받는 것이 지능형 검침 시스템(AMI, advanced metering infrastructure)이다[1].
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참고문헌 (14)

  1. N. G. Myoung, Y. H. Kim and S. Y. Lee, "A study on AMI system of KEPCO," The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol.35, No.8, pp.1251-1258, 2010. DOI: 10.1109/ictc.2010.5674795 

  2. J. Jung and C. Seo, "An efficient method for meter data collection in AMI system," The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol.43, No.8, pp.1311-1320, 2018. DOI: 10.7840/kics.2018.43.8.1311 

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  4. S. M. Jeong and H. Lee, "A consideration on the value evaluation of AMI data as big data," Proc. KIEE Summer Conf., pp.45-46, 2014. 

  5. Y. I. Kim, H. J. Kim, A. K. Bae, B. S. Kim and Y. H. Shin, "Apparatus and method for data processing of energy management system," Proc. KIEE Summer Conf., pp.192-193, 2014. 

  6. J. H. Chow, F. F. Wu, J. J. Momoh, "Applied Mathematics for Restructured Electric Power Systems: Optimization, Control and Computational Intelligence," Power Electronics and Power Systems, Springer, pp.269-285, 2005. DOI: 10.1007/0-387-23471-3_1 

  7. A. Goia, C. May and G. Fusai, "Functional clustering and linear regression for peak load forecasting," International Journal of Forecasting, Vol.26. pp.700-711, 2010. DOI: 10.1016/j.ijforecast.2009.05.015 

  8. N. Amral, C. S. Ozveren and D. King, "Short term load forecasting using multiple linear regression," IEEE Trans. UPEC, Vol.42, pp. 1192-1198, 2007. DOI: 10.1109/upec.2007.4469121 

  9. T. Hossen, S. J. Plathottam, R. K. Angamuthu, P. Ranganathan and H. Salehfar, "Short-term load forecasting using deep neural networks (DNN)," IEEE Trans. NAPS, Vol.1, pp.1-6, 2017. DOI: 10.1109/naps.2017.8107271 

  10. B. A. Smith, P. Gas, J. Wong and R. Rajagopal, "A simple way to use interval data to segment residential customers for energy efficiency and demand response program targeting," ACEEE Proc., Vol.5, pp.374-386, 2012. 

  11. H. H. Bock, "Clustering methods: a history of k-means algorithms," Selected Contributions in Data Analysis and Classification, pp.161-172, 2007. DOI: 10.1007/978-3-540-73560-1_15 

  12. A. Likas, N. Vlassis and J. J. Verbeek, "The global k-means clustering algorithm," Pattern Recognition, Vol.36, pp.451-461, 2003. DOI: 10.1016/s0031-3203(02)00060-2 

  13. D. C. Park, M. A. El-Sharkawi, R. J. Marks, L. E. Atlas and M. J. Damborg, "Electric load forecasting using an artificial neural network," IEEE Trans. on Power Systems, Vol.6, No.2, pp.442-449, 1991. DOI: 10.1109/59.76685 

  14. T. W. S. Chow and C. T. Leung, "Neural network based short-term load forecasting using weather compensation," IEEE Trans on Power Systems, Vol.11, No.4, pp.1736-1742, 1996. DOI: 0.1109/59.544636 

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