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시간대별 기온과 전력 사용량의 민감도를 적용한 전력 에너지 수요 예측
The Forecasting Power Energy Demand by Applying Time Dependent Sensitivity between Temperature and Power Consumption 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.42 no.1, 2019년, pp.129 - 136  

김진호 (공주대학교 산업시스템공학과) ,  이창용 (공주대학교 산업시스템공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we proposed a model for forecasting power energy demand by investigating how outside temperature at a given time affected power consumption and. To this end, we analyzed the time series of power consumption in terms of the power spectrum and found the periodicities of one day and one ...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구의 목적이 비교적 짧은 시간(1~2시간) 내의 전력수요 예측이고 전력 사용량은 하루의 주기성이 가장 강함으로, 하루 단위로 전력 수요를 예측해도 모형의 매개변수 값은 변할지라도 모형의 전반적인 형태는 변하지 않음을 예상할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 시계열 데이터를 하루 단위로 나누어 분석과 예측을 수행하고자 한다.
  • 이를 위하여 전력 사용량 시계열 데이터 외에 외부 온도 시계열 데이터를 추가적으로 고려하여 온도가 전력 사용량에 미치는 영향을 분석하고, 그 결과를 전력수요 예측에 적용하였다. 또한 설정한 모형의 적합성 및 예측의 정확성 등을 분석하고, 그 결과를 향후 전력 에너지 관리 시스템 개발에 적용할 수 있는 기반을 제공하고자 한다.
  • 본 논문에서는 외부 기온이 전력 사용량에 미치는 영향을 분석한 결과를 바탕으로 전력수요 예측을 위한 모형과 그 방법에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 A 테크노 파크에서 201*년에 측정된 전력 사용량 시계열 데이터와 기상청에서 매 시간 제공하는 외부 기온 시계열 데이터를 사용하였다.
  • 본 연구에서는 외부 온도가 전력 사용량에 미치는 영향을 분석하고, 분석 결과를 시간뿐만 아니라 외부 온도를 고려한 전력수요 예측 모형에 대한 연구를 수행하였 다. 이를 위하여 전력 사용량 시계열 데이터 외에 외부 온도 시계열 데이터를 추가적으로 고려하여 온도가 전력 사용량에 미치는 영향을 분석하고, 그 결과를 전력수요 예측에 적용하였다.
  • 본 연구에서는 전력 수요 예측을 위한 시계열 모형으로 선형 모형 중에서 지수평활 모형을 사용하고, 온도에 따른 전력 사용량 민감도를 추가로 적용하여 민감도가 수요 예 측에 미치는 영향을 분석할 수 있는 방법과 모형을 제안한다. 지수평활 모형을 선택한 이유는 다음과 같다.
  • 본 연구의 목적이 비교적 짧은 시간(1~2시간) 내의 전력수요 예측이고 전력 사용량은 하루의 주기성이 가장 강함으로, 하루 단위로 전력 수요를 예측해도 모형의 매개변수 값은 변할지라도 모형의 전반적인 형태는 변하지 않음을 예상할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 시계열 데이터를 하루 단위로 나누어 분석과 예측을 수행하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파워 스펙트럼이란?
에서 볼 수 있듯이 전력 사용량 시계열 데이터 {p(i)}에 주기가 있는 것으로 판단됨으로 주기성을 보다 체계적으로 분석하기 위하여 전력 사용량 시계열 데이터에 파워 스펙트럼을 적용하였다. 파워 스펙트럼은 N개의 시계열 데이터 p(1), p(2), ..., p(N)을 주파수 측 면에서 분석하여 시계열 데이터에 내재한 주기성을 규명 하기 위한 방법이다. 주파수 fn = n/N , n = -N/2, n = N/2 에서 전력 사용량 시계열 데이터 {p(i)}에 대한 파워  펙트럼 F(fn)은 아래와 같이 계산할 수 있다.
한국의 전력 수요의 특징? 전력 수요의 특징 분석 및 예측은 전력 시장의 가격 결정과 전력 계통의 효율적 운용을 위해서 매우 중요하 다. 예를 들어 국내 전력 에너지 소비의 특징 중 하나는 냉난방의 전력의존도가 높아 여름은 물론 겨울에도 전력 피크(peak)가 발생하는 것이다[8]. 이것은 겨울철에도 전력을 사용한 난방 수요가 확대되고 있음을 의미하는 것 으로 지속적인 난방 수요의 확대는 전력 소비의 변동성 을 확대시킬 수 있는 잠재 요인이 되며, 전력 시장의 경 제성과 안정성을 위해 전력수요 예측을 위한 모형 및 알 고리즘 개발의 필요성을 뒷받침한다[7, 20].
지수평 활 모형의 장점은? 선형 모형 중에서 ARIMA 모형 등은 시계열 데이터 자 체를 적합하지 않는다는 점에서는 지수평활 모형과 유사 한 특징을 가지고 있지만 모형에 포함된 매개변수가 상대 적으로 많기 때문에 추정한 매개변수 값에 따라 성능의 차이가 지수평활 모형에 비하여 클 수 있다. 반면 지수평 활 모형의 매개변수는 평활계수(smoothing coefficient)가 유일하기 때문에 매개변수의 추정으로 인한 복잡성을 피 하고 온도에 따른 전력 사용량의 변화가 예측에 미치는 효과를 보다 명확하게 분석할 수 있는 장점이 있다. 지수평활 모형은 예측할 시점과 가까운 시점의 데이 터에 더 큰 가중치를 부여하고 멀어질수록 가중치를 지 수적으로 줄여나가는 방법으로, 관측치에 대하여 예측치은 일 때
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참고문헌 (23)

  1. 10.5762/KAIS.2015.16.12.8576 Ahn, B., Choi, H., Lee, H., Regional long-term/midterm load forecasting using SARIMA in South Korea, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society , 2015, Vol. 16, No. 12, pp. 8576-8584. 

  2. 10.1109/59.962429 Amjady, N., Short-term hourly load forecasting using time-series modeling with peak load estimation capability, IEEE Trans. on Power Systems , 2002, Vol. 16, No. 4, pp. 798-805. 

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  10. 10.11627/jkise.2014.37.2.27 Lee, C., Song, G., and Kim, J., Correlation Analyses of the Temperature Time Series Data from the Heat Box for Energy Modeling in the Automobile Drying Process, Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering , 2014, Vol. 37, pp. 27-34. 

  11. 10.7232/IEIF.2011.24.4.351 Lee, H. and Shin, H., Electricity Demand Forecasting based on Support Vector Regression, IE Interfaces , 2011, Vol. 24, pp. 351-361. 

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  13. Oh, D., The present and future of big data in the electric industry, Journal of the Electric World , 2014, pp. 18-23. 

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  20. Shin et al., A volatility analysis of Korean energy consumption, Economic Study , 2015, Vol. 63, pp. 71-119. 

  21. Shmueli, G. and Lichtendahl Jr., C., Practical Time Series Forecasting with R : A Hands-On Guide, 2nd Edition, Axelrod schnall publishers, 2018. 

  22. Sohn, K., Kim, S., and Shon, E., Fuzzy time series models with triangular fuzzy numbers as parameters, Journal of Korean Data Analysis Society , 2001, Vol. 3, No. 2, pp. 149-162. 

  23. Song, J., Seo, S., Yun, S., Kim, Y., and Cho, C., A study on the energy profile analysis and the forecasting method of the retail shop, in the Proceedings of Korean Communication Society of 2016 , pp. 1117-1118. 

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