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KR102143757B1 - Wind Power Generator incorporating therein AI Technology, including Deep Learning - Google Patents

Wind Power Generator incorporating therein AI Technology, including Deep Learning Download PDF

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KR102143757B1
KR102143757B1 KR1020190052947A KR20190052947A KR102143757B1 KR 102143757 B1 KR102143757 B1 KR 102143757B1 KR 1020190052947 A KR1020190052947 A KR 1020190052947A KR 20190052947 A KR20190052947 A KR 20190052947A KR 102143757 B1 KR102143757 B1 KR 102143757B1
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KR
South Korea
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wind power
wind
deep learning
power generator
power
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KR1020190052947A
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Korean (ko)
Inventor
알리셀라미
오상엽
강나루
Original Assignee
오토시맨틱스 주식회사
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Publication date
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Abstract

본원 발명은 바람의 방향과 속도가 자주 변하는 우리 나라의 풍력 현실에 있어서 기계 전자적인 제어 시스템 이상의 전력을 생산할 수 있는 우수한 풍력 발전장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.
본원 발명은 풍력 발전장치의 상태 정보를 분석하여 피치 각도, TSR 등을 딥러닝을 사용하여 제어함으로써 상기 풍력 발전장치가 생산하는 전력을 30%까지 증가시킬 수 있다.
The present invention can provide an excellent control method of a wind power generator capable of producing more power than a mechanical and electronic control system in a wind power reality in our country where the wind direction and speed frequently change.
The present invention analyzes the state information of the wind turbine generator and controls the pitch angle, TSR, and the like using deep learning, thereby increasing the power produced by the wind turbine generator by 30%.

Description

딥러닝을 포함한 인공지능을 적용시킨 풍력 발전장치{Wind Power Generator incorporating therein AI Technology, including Deep Learning}Wind Power Generator incorporating therein AI Technology, including Deep Learning}

본원 발명은 인공지능 특히 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치에 관한 것으로서, 구체적으로 풍력 발전장치에서 생산되는 전력을 높이기 위해서 환경 변수에 대응하는 풍력 발전장치의 피치나 전력판매시점 등을 딥러닝을 포함한 인공지능을 이용하여 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generator using artificial intelligence, in particular, deep learning, and in particular, in order to increase the power produced by the wind power generator, the pitch of the wind power generator corresponding to the environmental variable or the power sale point, etc. It is about how to control using intelligence.

지구 환경을 보존하면서 경제 성장을 견인할 수 있는 지속가능한 신재생에너지가 최근 우리 생활에 많이 보급되고 있다. 신재생에너지는 '저탄소 사회'라는 새로운 패러다임의 필수 요소로서 화석 연료에 기반을 둔 우리나라 경제시스템에 많은 변화를 요구하고 있다. 우리나라는 에너지 자원의 90% 이상을 수입하고 전기에너지의 60%를 화석연료를 사용하여 생산하기 때문에 기본 체계의 변화가 필요할 만큼 많은 부분의 개선이 필요하다.Sustainable renewable energy, which can lead economic growth while preserving the global environment, has been widely distributed in our daily lives. Renewable energy is an essential element of the new paradigm of'low carbon society', and it is demanding many changes in Korea's economic system based on fossil fuels. Since Korea imports more than 90% of its energy resources and produces 60% of its electric energy using fossil fuels, there is a need for improvement in many areas that require changes in the basic system.

태양광, 조력, 지열 등을 이용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있고, 풍력을 이용한 발전장치도 국내에 계속 보급되고 있다. 국내의 풍력 발전은 70년대 오일쇼크 이후 낙도에 대한 독립 전원용으로 보급되기 시작되었다. 1990년대 이후 160kW급 시범 단지가 조성되고 이후 실증과 국산화를 위한 연구가 계속 진행되고 있다.A lot of research is being conducted to use solar power, tidal power, and geothermal heat, and power generation devices using wind power are also being spread in Korea. Wind power generation in Korea began to be supplied as an independent power source for remote islands after the oil shock in the 1970s. Since the 1990s, a 160kW-class pilot complex has been built, and research for demonstration and localization has been ongoing since then.

전세계 풍력 발전장치는 아직까지 미국, 독일, 스페인 등 유럽을 중심으로 소수 국가에 집중되어 있었으나, 2000년도 이후 중국, 인도 등 아시아로 시장이 확대되고 있다.Wind power generation devices around the world have been concentrated in a small number of countries, mainly in Europe, such as the United States, Germany, and Spain, but since 2000, the market has been expanding to Asia such as China and India.

전 세계 풍력 발전 시스템 제작사들이 목표로 삼고 있는 가장 우선적인 개발목표는 에너지 생산단가(Cost of Energy)의 저감이다. 풍력 발전장치는 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 바꾼 후 이를 다시 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 풍속에 의해 회전하는 풍차와 이를 적절한 기어비로 변환한 후 발전장치를 운전하는 방식이다. 우리나라와 같이 사계절이 뚜렷한 나라에서는 계절에 따라 풍속의 변화는 물론 풍향의 변화가 매우 크기 때문에 풍속 발전장치의 적절한 제어를 통해서 에너지 전환 효율을 높이는 것이 무엇보다 중요하다.The first and foremost development goal targeted by manufacturers of wind power systems around the world is to reduce the cost of energy. Wind power generators are devices that convert wind kinetic energy into mechanical energy and then convert it back into electrical energy. It is a method of operating the power generation device after converting the windmill rotating by wind speed and the appropriate gear ratio. In countries where the four seasons are distinct, such as Korea, the change in wind speed as well as the direction of the wind is very large depending on the season, so it is most important to increase energy conversion efficiency through proper control of the wind speed generator.

특허문헌 1은 풍력 발전장치의 제어방법에 관한 것으로서, 풍력팬 회전축을 갖는 풍력팬 회전부; 상기 풍력팬 회전축과 연결되는 풍력팬 연결축과, 발전장치 연결축을 갖는 증속기; 상기 발전장치 회전축과 연결되는 풍력 발전기;를 포함하는 풍력 발전장치의 제어 방법은, 상기 발전장치 연결축은 전자클러치에 의해 상기 풍력팬 연결축과 연결 및 해제가 가능하고, 상기 풍력팬 연결축과 상기 발전장치 연결축이 해제된 상태에서 상기 풍력팬 연결축의 제1 기어에서 상기 발전장치 연결축의 제2 기어로 동력을 전달하는 제2 동력 전달부를 갖고, 상기 제2 동력전달부는 상기 제1 기어에 대한 상기 제2 기어의 증속비를 복수의 단계로 조절 가능하게 구성되어, 상기 풍력팬 연결축의 회전속도에 응답하여 상기 증속비를 복수의 단계로 조절한다.Patent Document 1 relates to a method for controlling a wind power generator, comprising: a wind fan rotating unit having a wind fan rotating shaft; A gearbox having a wind fan connection shaft connected to the wind fan rotation shaft and a power generation device connection shaft; The control method of a wind power generator comprising a wind generator connected to the rotation shaft of the power generator, wherein the power generator connection shaft can be connected to and disconnected from the wind fan connection shaft by an electronic clutch, and the wind fan connection shaft and the In a state in which the power generation device connection shaft is released, a second power transmission unit for transmitting power from the first gear of the wind power fan connection shaft to the second gear of the power generation device connection shaft is provided, and the second power transmission unit is for the first gear. It is configured to be able to adjust the speed increase ratio of the second gear in a plurality of steps, and adjusts the speed increase ratio in a plurality of steps in response to the rotational speed of the wind fan connection shaft.

특허문헌 1은 인공지능을 겸비한 풍력 발전장치의 제어방법을 제공할 수 있는 것으로 기재하고 있으나, 풍력 발전장치의 기계적 구성에 대한 제어방법만이 기재되어 있을 뿐 이를 인공지능을 사용하여 구체적으로 제어하는 방법에 대해서는 기재하고 있지 않다.Patent Document 1 describes that it is possible to provide a control method of a wind power generation device with artificial intelligence, but only a control method for the mechanical configuration of the wind power generation device is described, which is specifically controlled using artificial intelligence. It does not describe the method.

특허문헌 2는 풍력 발전장치용 증속기 및 풍력 발전 장치에 관한 것으로서, 풍력 발전장치용 증속기는 상기 증속기 전단의 풍력팬 회전축과 연결되는 풍력팬 연결축; 상기 풍력팬 연결축의 회전 속도를 감지하는 제1 속도감지센서; 상기 풍력팬 연결축과 일체로 형성되어 상기 풍력팬 연결축의 회전에 의해 전기를 생산하는 제1 발전장치; 상기 풍력팬 연결축과 일체로 형성되는 제1 기어; 상기 제1 기어로부터 동력을 전달받아 전기를 생산하는 제2 발전장치; 상기 제1 기어와 동력 연결되어 상기 제2 발전장치로 동력을 전달하는 제1 동력전달부; 상기 증속기 후단의 풍력 발전이기와 연결되는 발전장치 연결축; 상기 풍력팬 연결축에 연결되는 제1 디스크와, 상기 발전장치 연결축에 연결되는 제2 디스크를 포함하는 전자클러치; 상기 발전장치 연결축과 일체로 형성되는 제2 기어; 상기 제1 기어와 동력 연결되어 상기 제2 기어로 동력을 전달하는 제2 동력전달부; 상기 발전장치 연결축의 회전 속도를 감지하는 제2 속도감지센서; 부품들의 작동을 제어하는 제어부; 상기 제1 발전장치에 의해 생산된 전기가 충전되고 상기 전자클러치로 전기를 공급하는 제1 배터리; 상기 제2 발전장치에 의해 생산된 전기가 충전되고 상기 제어부로 전기를 공급하는 제2 배터리;를 포함한다.Patent Document 2 relates to a wind turbine generator and a wind turbine generator, wherein the wind turbine generator comprises: a wind fan connection shaft connected to a wind fan rotation shaft at a front end of the speed reducer; A first speed sensor for sensing a rotation speed of the wind fan connection shaft; A first power generation device formed integrally with the wind fan connection shaft to generate electricity by rotation of the wind fan connection shaft; A first gear integrally formed with the wind fan connection shaft; A second power generation device for generating electricity by receiving power from the first gear; A first power transmission unit that is power-connected to the first gear to transmit power to the second power generation device; A power generation device connection shaft connected to the wind power generator at the rear end of the gearbox; An electronic clutch including a first disk connected to the wind fan connection shaft and a second disk connected to the power generation device connection shaft; A second gear integrally formed with the power generation device connection shaft; A second power transmission unit that is connected to the first gear and transmits power to the second gear; A second speed detection sensor for sensing the rotational speed of the power generation device connection shaft; A control unit for controlling the operation of parts; A first battery for charging electricity produced by the first power generation device and supplying electricity to the electronic clutch; And a second battery for charging electricity produced by the second power generation device and supplying electricity to the control unit.

특허문헌 2는 인공지능을 겸비한 풍력 발전장치용 증속기를 제공할 수 있는 것으로 기재하고 있으나, 풍력 발전장치용 증속기의 기계적 구성에 대해서만 기재되어 있을 뿐 이에 인공지능을 사용하는 구체적으로 방법에 대해서는 기재하고 있지 않다.Patent Document 2 describes that it is possible to provide a gearbox for wind power generators with artificial intelligence, but only the mechanical configuration of the gearbox for wind power generators is described, and a specific method of using artificial intelligence is described. Not doing.

특허문헌 3은 풍력 터빈의 데이터 처리 및 모니터링 장치와 풍력 발전장치의 예측 관리 시스템에 관한 것으로서, 풍력 발전 지역, 풍력 저항, 통신 네트워크를 포함하는 관리와 제어 시스템을 위한 것이다. 특허문헌 3은 인공지능을 언급하고 있지만 이에 대한 구체적인 방법은 개시하고 있지 않다.Patent Document 3 relates to a data processing and monitoring device of a wind turbine and a predictive management system of a wind power generation device, and is for a management and control system including a wind power generation area, a wind resistance, and a communication network. Patent Document 3 refers to artificial intelligence, but does not disclose a specific method for this.

이러한 문제는 통상의 기계, 전자적인 제어시스템을 사용하여 피치의 각도 등을 조절하였다. 다만, 계절별로 또는 하루중에도 바람의 방향과 속도가 자주 변하는 경우에는, 이를 단순한 수학적 모델을 사용하여 제어하면 공학적인 관점에서의 효율이 낮은 제어가 될 수 밖에 없다. 뿐만 아니라, 전력가격이 매일 시간에 따라 변하는 경우에는 생산된 전력을 ESS에 저장해두고 파는시점에 따라 전력생산가치가 달라질 수 있다. 이러한 비선형적인 바람의 패턴이나 전력거래가격을 기존의 수학적 또는 수치해석적인 모델만으로 적용하여 효율적인 제어를 하는 것에 한계가 있고 이에 대해서 아직까지 명확한 개선책이 제시되지 않았다. 특히 인공지능을 이용하려는 시도는 있었지만 구체적인 해결책은 제시하지 못하였다.For this problem, the pitch angle was adjusted using a conventional mechanical or electronic control system. However, when the direction and speed of the wind frequently change according to seasons or throughout the day, if this is controlled by using a simple mathematical model, the control is inevitably low in efficiency from an engineering point of view. In addition, if the electricity price changes with time every day, the generated electricity may be stored in the ESS and the electricity production value may vary depending on the time of sale. There is a limit to efficient control by applying these non-linear wind patterns or electricity transaction prices only with existing mathematical or numerical models, and no clear improvement measures have been suggested yet. In particular, there have been attempts to use artificial intelligence, but no specific solution has been proposed.

대한민국 등록특허공보 제1537363호(2015.07.10.)Republic of Korea Patent Publication No. 1537363 (2015.07.10.) 대한민국 등록특허공보 제1515157호(2015.04.20)Republic of Korea Patent Publication No. 1515157 (2015.04.20) 미국 공개특허공보 제2007-0140847호(2007.06.21)US Patent Publication No. 2007-0140847 (2007.06.21)

본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바람의 방향과 속도가 자주 변하는 우리 나라의 풍력 현실에 있어서 기계 전자적인 제어 시스템 이상의 전력을 생산할 수 있는 우수한 풍력 발전장치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and to provide an excellent control method of a wind power generator capable of producing more power than a mechanical and electronic control system in a wind power reality in our country where the direction and speed of the wind frequently change. The purpose.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본원 발명은 빅데이터수집부가 날개, 나셀(Nacelle), 타워를 포함하는 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보를 각각에 대응하는 센서로 수집하는 단계; 제어부가 상기 빅데이터수집부가 수집한 상기 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보를 기반으로 딥러닝을 통해서 상기 1개 이상의 풍력 발전장치를 제어하는 단계;를 포함하는 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention includes the steps of collecting state information of one or more wind power generators including wings, nacelles, and towers by a big data collection unit with sensors corresponding to each; Control of the wind power generator using deep learning, comprising: controlling, by a controller, the one or more wind power generators through deep learning based on the state information of the one or more wind power generators collected by the big data collector. Provides a way.

상기 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보는 풍속, 풍향, 나셀 방향, 요 오차, 공기 온도, 발전장치 온도, 발전장치 속도, 유효전력을 포함한다. 추가로 날씨에 대한 관측 정보, 날씨에 대한 예측 정보, 또는 전력거래소의 전력 거래 정보를 상기 상태 정보에 추가할 수 있다.The state information of the at least one wind power generator includes wind speed, wind direction, nacelle direction, yaw error, air temperature, power generator temperature, power generator speed, and active power. Additionally, weather observation information, weather prediction information, or power transaction information of the power exchange may be added to the state information.

상기 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보를 상기 딥러닝에 적용하기 전에 상태 정보에 따른 영향력 평가를 실시하여 중요한 상태 정보만을 선정하고 이를 딥러닝에 적용할 수 있다.Prior to applying the state information of the one or more wind turbines to the deep learning, influence evaluation according to the state information may be performed, and only important state information may be selected and applied to the deep learning.

상기 1개 이상의 풍력 발전장치를 제어하는 단계에서 제어하는 것은 상기 1개 이상의 풍력 발전장치의 피치 각도, TSR(Tip Speed Ratio), 요(Yaw) 방향 중 적어도 하나 이상이며, 추가로 제어하는 것은 인버터 또는 컨버터 또는 ESS(Energy Storage System) 중 적어도 하나 이상이다.In the step of controlling the one or more wind turbines, controlling is at least one of a pitch angle, a tip speed ratio (TSR), and a yaw direction of the one or more wind turbines, and the additional control is an inverter Or at least one of a converter or an ESS (Energy Storage System).

상기 딥러닝을 통해서 향상시키는 목표는 상기 1개 이상의 풍력 발전장치 각각이 생산하는 전력; 상기 1개 이상의 풍력 발전장치와 연계된 ESS(Energy Storage System)를 포함하는 전체 시스템의 전력 생산량 또는 전력 매출액; 또는 상기 1개 이상의 풍력 발전장치와 연계된 ESS(Energy Storage System)를 포함하는 전체 시스템의 전력에 대한 판매 양, 판매 시기, 판매 금액까지 제어하여 누적 매출액을 높이는 것이다.The goal of improving through the deep learning may include power produced by each of the at least one wind turbine generator; Electricity production or electricity sales of the entire system including an ESS (Energy Storage System) linked to the at least one wind turbine generator; Alternatively, the accumulated sales amount is increased by controlling the sales amount, sales timing, and sales amount for the power of the entire system including the ESS (Energy Storage System) linked to the one or more wind power generators.

상기 딥러닝은 엑터/크리틱 강화 학습을 통해서 학습을 하며 이때의 강화 학습을 통해서 학습을 하는 것은 DDPG(deep deterministic policy gradient)에서 향후 리워드를 예측하지 않는 변형 DDPG인 딥러닝을 이용한다.The deep learning learns through actor/critical reinforcement learning, and learning through reinforcement learning at this time uses deep learning, a modified DDPG that does not predict future rewards in a deep deterministic policy gradient (DDPG).

상기 딥러닝은 DDPG, Twin Delay DDPG, Advantage Actor-Critic, A3C, Soft Actor-Critic, CNN(Convolution Neural Network), DNN(Deep Neural Network), RNN, DBN, LSTM, GAN, Softmax 모델 중에 적어도 하나이다. 한편, 상기 빅데이터수집부가 수집한 상태 정보, 이때의 제어 방법, 이때 생산되는 전력에 관한 정보는 별도의 데이터베이스 형태로 저장될 수 있다.The deep learning is at least one of DDPG, Twin Delay DDPG, Advantage Actor-Critic, A3C, Soft Actor-Critic, CNN (Convolution Neural Network), DNN (Deep Neural Network), RNN, DBN, LSTM, GAN, and Softmax models. Meanwhile, the state information collected by the big data collection unit, the control method at this time, and information on the power generated at this time may be stored in a separate database format.

본원 발명은 상기 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법에 의해서 제어되는 풍력 발전장치를 제공한다.The present invention provides a wind power generator controlled by the control method of the wind power generator using the deep learning.

본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바람의 방향과 속도가 자주 변하는 우리 나라의 풍력 현실에 있어서 기계 전자적인 제어 시스템 이상의 전력을 생산할 수 있는 우수한 풍력 발전장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.The present invention is to solve the above problems, and can provide an excellent control method of a wind power generator capable of producing more power than a mechanical and electronic control system in a wind power reality in our country where the wind direction and speed frequently change. have.

본원 발명은 풍력 발전장치의 상태 정보를 분석하여 피치 각도, 요 방향, TSR 등을 딥러닝을 사용하여 제어함으로써 상기 풍력 발전장치가 생산하는 전력을 15% 증가시킬 수 있다. 또한, 전력거래가격을 포함하여 인공지능을 구축하고, 판매시점을 제어함으로써 최종 전력판매금액을 증가시킬수 있다. The present invention analyzes the state information of the wind turbine generator and controls the pitch angle, yaw direction, TSR, and the like using deep learning, thereby increasing the power produced by the wind turbine generator by 15%. In addition, it is possible to increase the final electricity sales amount by building artificial intelligence including the electricity transaction price and controlling the sales point.

도 1은 본원 발명에 따른 엑터의 아키텍처이다.
도 2는 본원 발명에 따른 크리틱의 아키텍처이다.
도 3은 레거시 시스템에서 발생한 리워드와 본원 발명의 실시예 1에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드 비교 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 따른 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값에 대한 200000개 예제를 보여주는 그래프이다
도 5는 풍속과 관련한 퐁속 발전장치의 일반적인 생산 전력 곡선이다.
도 6은 레거시 시스템에서 발생한 리워드와 본원 발명의 실시예 2에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드 비교 그래프이다.
도 7은 실시예 2에 따른 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값에 대한 200000개 예제를 보여주는 그래프이다.
도 8은 레거시 시스템에서 발생한 리워드와 본원 발명의 실시예 3에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드 비교 그래프이다.
도 9는 실시예 3에 따른 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값에 대한 200000개 예제를 보여주는 그래프이다.
1 is an architecture of an actor according to the present invention.
2 is an architecture of critic according to the present invention.
3 is a graph showing a comparison between a reward generated in a legacy system and a reward expected to be improved according to Example 1 of the present invention.
4 is a graph showing 200000 examples of wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference between legacy systems and actors, actual pitch values, and pitch values by actors according to Example 1 to be
5 is a general production power curve of the Pongsock power generation device in relation to wind speed.
6 is a graph showing a comparison between a reward generated in a legacy system and a reward expected to be improved according to Example 2 of the present invention.
7 is a graph showing 200000 examples of wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference between legacy systems and actors, actual pitch values, and pitch values by actors according to Example 2 to be.
8 is a graph showing a comparison between a reward generated in a legacy system and a reward expected to be improved according to Example 3 of the present invention.
9 is a graph showing 200000 examples of wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference between legacy systems and actors, actual pitch values, and pitch values by actors according to Example 3 to be.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments in which the present invention can be easily carried out by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted in describing the operating principle of the preferred embodiment of the present invention in detail.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is connected indirectly with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of any component does not exclude other components unless specifically stated otherwise, means that other components may be further included.

이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, it will be described with reference to the embodiments of the present invention, but this is for a more easy understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

본원 발명에 따른 실시예는 4개의 터빈에서 수집된 자료를 기초로 진행하였다. 각각의 터빈에는 692개 파라미터(데이터 변수)가 있다. 2개의 터빈에 대해서는 1년 8개월 동안의 데이터를 사용하였고, 나머지 2개의 터빈에 대해서는 8개월 동안의 데이터를 사용하였다. 데이터의 수집 주기는 1초이고, 간혹 누락된 데이터가 발생하였다. 상기 누락된 데이터는 예측 결과에 영향을 미칠 수 있지만 전체 데이터 크기의 약 0.01%에 해당하므로 무시할 수 있다.An example according to the present invention was carried out on the basis of data collected from four turbines. Each turbine has 692 parameters (data variables). Data for one year and eight months were used for the two turbines, and data for eight months were used for the other two turbines. The data collection period was 1 second, and sometimes missing data occurred. The missing data may affect the prediction result, but can be ignored because it corresponds to about 0.01% of the total data size.

본원 발명의 실시예서는 다음과 같은 변수에 대해서 집중적으로 분석을 시도하였다.In the examples of the present invention, the following variables were intensively analyzed.

생산된 전력, GenPowAct (Generator Active Power, 발전기 액티브 전력), SpeGen (Generator Speed, 발전기 속도), 풍속, 풍향, GenWndTemMax (Generator Temperature, 발전기 온도), DayEnePro (Energy Production per Day, 일당 생산 전력), PllAng (nacelle angle or yaw error 나셀 각도 또는 요 오차), BlaPos (Blade Position or pitch, 블레이드 위치 또는 피치), BlaPos003 (Third Blade Position or pitch, 세번째 블레이드 위치 또는 피치), 피치, 나셀 온도, 주변 기온Generated power, GenPowAct (Generator Active Power), SpeGen (Generator Speed), wind speed, wind direction, GenWndTemMax (Generator Temperature), DayEnePro (Energy Production per Day), PllAng (nacelle angle or yaw error), BlaPos (Blade Position or pitch, blade position or pitch), BlaPos003 (Third Blade Position or pitch, third blade position or pitch), pitch, nacelle temperature, ambient temperature

본원 발명의 일 실시예에서 개선하고자 하는 목표는 생산되는 전력이다. 주어진 상태 정보에 대해서 딥러닝을 사용하여 최선의 조치를 수행함으로써 종래보다 증가된 전력값을 얻을 수 있다. 딥러닝의 학습을 위해서 피치를 액션(action)으로 하고, 나머지 파라미터를 상태 정보로 하며, 생산된 전력을 증가시키고자 하는 리워드(reword)로 하여 강화 학습을 하였다.In one embodiment of the present invention, the goal to be improved is the power produced. For a given state information, an increased power value can be obtained by performing the best action using deep learning. For deep learning learning, reinforcement learning was performed with pitch as action, the remaining parameters as state information, and a reward to increase the power produced.

풍속Wind speed

본원 발명에 따른 풍속은 대부분 0-20m/s 값의 범위로 나타나며 때로는 드물게 최대 60m/s까지 올라가는 것으로 파악되었다. 본원 발명의 일 실시예에 따른 풍속 발전장치를 제어함에 있어서, 데이터에 대한 컷인(cut-in) 속도가 약 3.5m/s이고 컷오프 (cut-off)속도는 약 20m/s이므로 이 범위를 벗어날 경우 전력을 발생시키지 않는 크리틱(critic) 네트워크를 구축할 때 주의해야 한다. 이러한 컷인과 컷오프 속도는 풍속 발생장치마다 다를 수 있으므로 적용하고자 하는 장치에 대해서는 변경을 해야 한다.It was found that the wind speed according to the present invention mostly appears in the range of 0-20 m/s, and occasionally rises up to 60 m/s infrequently. In controlling the wind speed generator according to an embodiment of the present invention, the cut-in speed for data is about 3.5 m/s and the cut-off speed is about 20 m/s, so it is out of this range. In this case, care must be taken when building a critical network that does not generate power. Since these cut-in and cut-off speeds may differ for each wind speed generator, changes must be made to the device to be applied.

풍향Wind direction

풍향과 나셀의 방향을 비교함으로써, 터빈이 실제로 얼마나 많은 바람의 에너지를 운동에너지로 변환할 수 있는지 알 수 있다. 나셀이란 풍력 발전장치의 심장부에 해당되는 부분으로 로터에 의해 얻어진 회전력을 전기에너지로 변환시키기 위한 모든 장치들로 구성된다.By comparing the wind direction and the direction of the nacelle, we can see how much wind energy the turbine can actually convert into kinetic energy. The nacelle is a part corresponding to the heart of the wind power generator, and is composed of all devices for converting the rotational force obtained by the rotor into electric energy.

본원 발명의 일 실시예에 따른 바람의 대부분이 270~340도 또는 50~70도 방향에서 오는 것으로 파악되었다.It was found that most of the wind according to an embodiment of the present invention comes from 270 to 340 degrees or 50 to 70 degrees.

나셀 방향Nacelle direction

풍향에서 언급한 바와 같이, 나셀 방향과 풍향의 차이가 클수록 터빈 블레이드에 의해 운동에너지가 덜 수집되는 것을 의미하기 때문에, 나셀 방향과 풍향은 큰 관련이 있다. 나셀 방향과 풍향의 거의 일치하는 것으로 파악되었다.As mentioned in the wind direction, the greater the difference between the nacelle direction and the wind direction, the less kinetic energy is collected by the turbine blades, so the nacelle direction and the wind direction are highly related. It was found that the nacelle direction and the wind direction almost coincide.

요 오차(yaw error)Yaw error

요 오차는 풍향과 나셀 방향의 차이를 나타내므로, 본원 발명에 따른 방법을 적용하기 위한가정에서는 요 오차의 존재는 본원의 풍력 발전장치에서 발생된 전력과 및 다른 변수 사이의 예측 오류로 작용할 수 있으나, 본원 발명에 따른 요 오차는 5도 미만이므로 요 오차를 개선한다고 하여 큰 영향이 나타나지 않을 것으로 예측된다.Since the yaw error represents the difference between the wind direction and the nacelle direction, in the assumption for applying the method according to the present invention, the existence of the yaw error may act as a prediction error between the power generated in the wind power generator of the present application and other variables. , Since the yaw error according to the present invention is less than 5 degrees, it is predicted that the yaw error will not be significantly affected.

공기 온도:Air temperature:

공기 온도가 높을 수록 더 낮은 공기 밀도와 더 높은 발전장치 온도를 유발한다는 점에서 중요하다. 낮은 공기 밀도로 인해 발전장치에 에너지가 덜 전달되는 반면 발전장치 온도가 높아질 경우 기기의 보호상의 이유로 발전장치가 감속되는 제한 조건이 되기 때문이다.This is important in that the higher the air temperature, the lower the air density and the higher the generator temperature. This is because less energy is transmitted to the power generation device due to the low air density, but when the power generation device temperature increases, the power generation device deceleration is a limiting condition for reasons of protection.

발전장치 온도Generator temperature

발전장치 속도는 대부분 공기 온도 및 수냉에 의해 영향을 받는다. 대부분의 풍력 발전장치의 터빈에는 냉각을 위해서 수냉을 사용한다.Generator speed is mostly affected by air temperature and water cooling. Most wind turbines use water cooling for cooling.

발전장치 속도Generator speed

발전장치 속도(터빈의 회전 속도)는 생산된 전력과 직접 상관관계가 있지만 풍속이 매우 큰 태풍과 같은 상황에서 발전장치와 터빈을 보호하기 위한 특정한 한계에 의해서 제한될 수 있다. 발전장치 속도 제어 시스템은 풍속과 기타 요인에 따라 3개의 주요 속도 중 하나를 선택하여 제어되는 것으로 파악되었다.The generator speed (the rotational speed of the turbine) is directly correlated with the power produced, but may be limited by certain limits to protect the generator and turbine in situations such as typhoons with very high wind speeds. It was found that the generator speed control system is controlled by selecting one of three main speeds according to wind speed and other factors.

피치pitch

피치는 생산 전력을 최대화하기 위한 가장 중요한 제어 변수이다. 피치는 풍속, 발전장치 속도 및 온도에 따라 조정되어야 한다.Pitch is the most important control variable to maximize production power. The pitch should be adjusted according to wind speed, generator speed and temperature.

생산 전력Production power

생산 전력은 크리틱(critic)을 사용하여 예측을 하는 것은 물론, 엑터(actor)를 이용한 가장 적절한 행동을 예측함으로써 값을 개선하고자 하는 목표치다.The power produced is a goal to improve value by predicting the most appropriate behavior using actors as well as predicting using critical.

딥러닝Deep learning

본원 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전장치에 있어서 문제는 시뮬레이션을 위한 실제 풍력 발전장치 또는 이에 근접한 시뮬레이터가 없기 때문에 기존의 누적된 데이터로부터 직접 학습을 해야 하는 점이다. 딥러닝이 학습을 하는 동안 엑터의 다양한 출력값으로 인해서 실물 풍력 터빈이 손상될 우려도 있기 때문에 고가의 풍력 발전장치에 있어서 본원 발명의 일 실시예에 따른 학습 방법이 적용될 것이다. 본원 발명에 따른 학습 방법은 DDPG 알고리즘을 직접적으로 적용할 수 없다.In the wind power generator according to an embodiment of the present invention, a problem is that there is no actual wind power generator for simulation or a simulator close thereto, so that it is necessary to directly learn from the existing accumulated data. During deep learning learning, there is a possibility that the real wind turbine may be damaged due to various output values of the actor. Therefore, the learning method according to an embodiment of the present invention will be applied in an expensive wind power generator. The learning method according to the present invention cannot directly apply the DDPG algorithm.

딥러닝은 엑터/크리틱 강화 학습을 통해서 학습을 하며 이때의 강화 학습을 통해서 학습을 하는 것은 DDPG(deep deterministic policy gradient)이나 본원 발명에 따른 일 실시예에서는 향후 리워드를 예측하지 않는 변형 DDPG인 딥러닝을 이용하였다. 즉 미래의 리워드를 무시하고 주어진 상태에 대한 일정한 행동 적용함으로써 어떤 행동이 창출할 수 있는 즉각적인 리워드에만 초점을 맞추는 것이다. DDPG 관한 구체적인 알고리즘은 https://arxiv.org/pdf/1709.05077.pdf에 기재된바 자세한 설명은 생략한다.Deep learning is learned through actor/critical reinforcement learning, and learning through reinforcement learning at this time is a deep deterministic policy gradient (DDPG), but in an embodiment according to the present invention, deep learning, a modified DDPG that does not predict future rewards. Was used. In other words, by ignoring future rewards and applying certain actions to a given state, it focuses only on immediate rewards that an action can create. The specific algorithm for DDPG is described in https://arxiv.org/pdf/1709.05077.pdf, so a detailed description is omitted.

엑터 아키텍처Actor architecture

본원 발명에 따른 엑터는 정확하고 유연하여 다양한 상태 입력을 수용하고 다양한 가능한 동작을 예측할 수 있도록 설계되었다. 도 1은 본원 발명에 따른 엑터의 아키텍처를 나타내고 있다.The actor according to the present invention is designed to be accurate and flexible to accommodate various state inputs and to predict various possible actions. 1 shows the architecture of an actor according to the present invention.

엑터는 크리틱 네트워크로부터 계산된 행동의 결과(리워드)를 반영하여 학습된다. 크리틱을 학습시키면서 동시에 크리틱의 결과물을 극대화하기 위해 경향을 고려하여 엑터를 훈련시키고 있기 때문에, 엑터의 학습은 불안정하고 수렴하기 어렵다. 본원 발명에서는 크리틱의 경향을 계산하기 전에 행동에 Ornstein-Uhlenbeck 프로세스 노이즈를 추가함으로써 이 문제를 해결했다.Actors are learned by reflecting the results (rewards) of actions calculated from the critic network. Because the actors are trained by considering trends in order to maximize the outcome of the critic while learning the critic, learning of the actor is unstable and difficult to converge. In the present invention, this problem is solved by adding the Ornstein-Uhlenbeck process noise to the behavior before calculating the critic's tendency.

엑터 네트워크에 대한 하이퍼 파라미터는 다음과 같다.The hyper parameters for the actor network are as follows:

학습율: 1x10-4 Learning rate: 1x10 -4

최대 피치: 90(데이터로부터 추론)Maximum pitch: 90 (inferred from data)

이니셜라이저: xavierInitializer: xavier

크리틱 아키텍처:Critical architecture:

크리틱은 (상태+반응)의 입력을 받아 생산된 전력(Q1)을 예측한다. 엑터의 구배를 계산하기 위해 두 번째 출력(Q2)을 사용한다. 궁극적인 목표는 주어진 상태에서 엑터로부터 예측된 행동을 통해 생산된 전력을 최대화하는 것이다. 따라서 Q2는 가능한 최대값을 출력해야 한다. 본원 발명에 따른 일 실시예에서 Q2=Q12때가 가장 효과가 나타났다. 도 2는 본원 발명에 따른 크리틱 아키텍처를 나타낸다.Critique takes an input of (state + response) and predicts the power produced (Q1). The second output (Q2) is used to calculate the draft of the actor. The ultimate goal is to maximize the power produced by predicted behavior from an actor in a given state. So Q2 should output the maximum possible value. In one embodiment according to the present invention, when Q2=Q1 2 was the most effective. 2 shows a critic architecture according to the present invention.

풍속에 따라 발생 가능한 전력을 시뮬레이션하기 위해 풍속 계수를 다음과 같이 설정했다.In order to simulate the power that can be generated according to the wind speed, the wind speed coefficient was set as follows.

풍속 계수 = 1/(1+e2(-0.3풍속+2.3))-1/(1+e40(-0.22풍속+4.5))Wind speed coefficient = 1/(1+e 2(-0.3 wind speed + 2.3)) -1/(1+e 40(-0.22 wind speed + 4.5) )

이러한 값은 주어진 풍력 터빈 유형에 대해서만 가장 적합하며, 다른 유형의 터빈을 사용할 경우 작은 수정이 필요하다. 풍속 계수는 또한 출력을 항상 현실적인 범위로 설정함으로써 엑터의 불합리한 결정에 의한 터빈의 손상을 막을 수 있다.These values are only best suited for a given wind turbine type, and small modifications are required when using other types of turbines. The wind speed coefficient can also prevent damage to the turbine due to irrational determination of the actor by always setting the output to a realistic range.

크리틱 네트워크 하이퍼 파라미터는 다음과 같다.Critical network hyper parameters are as follows.

학습율: 1x10-2 Learning rate: 1x10 -2

MAXPOWER: 2700000MAXPOWER: 2700000

이니셜라이저: xavierInitializer: xavier

데이터 통계Data statistics

상태 정보에 따른 영향력 평가를 실시하여 중요한 상태 정보를 선택하고 이에 대해서 전체 데이터를 아래와 같이 수집하였다.The impact evaluation was conducted according to the state information, and important state information was selected, and the entire data was collected as follows.

Figure 112019046295011-pat00001
Figure 112019046295011-pat00001

상기 표에서 Wind Speed는 풍속, Wind Direction은 풍향, PIIAng는 나셀각도, Air Temperature는 주변 기온, Generator Temperature는 발전장치의 온도, Nacelle Temperature는 나셀의 온도, Generator Speed는 발전장치(터빈)의 속도, Pitch는 피치, Power는 생산된 전력을 의미한다. Y축의 count는 발생한 데이터 개수, mean, std, min, 25%, 50%, 75%, max는 각 데이터 세트의 평균, 표준편차, 최소값, 최대값의 25%, 50%, 75%, 최대값을 나타낸다.In the table above, Wind Speed is the wind speed, Wind Direction is the wind direction, PIIAng is the nacelle angle, Air Temperature is the ambient temperature, Generator Temperature is the temperature of the generator, Nacelle Temperature is the temperature of the nacelle, and Generator Speed is the speed of the generator (turbine), Pitch means pitch, and Power means produced power. Y-axis count is the number of data generated, mean, std, min, 25%, 50%, 75%, max is the mean, standard deviation, minimum value, 25%, 50%, 75%, maximum value of each data set Represents.

상기 데이터는 4300만개 이상으로서 강화 학습 모델의 크리틱(critic)과 엑터(actor)를 훈련시키는 데 너무 오랜 시간이 걸린다. 본원 발명에서는 일 실시예를 위해서 4300만개(초)의 데이터 중 분포가 전체 데이터와 유사한 연속적인 100만초의 데이터를 선택했다. 아래 표는 100만초 데이터에 대한 통계 결과이다.The above data is over 43 million, and it takes too long to train the critical and actor of the reinforcement learning model. In the present invention, out of 43 million data (seconds) of data, continuous data of 1 million seconds having a distribution similar to that of the entire data were selected for an example. The table below is the statistical results for data of 1 million seconds.

Figure 112019046295011-pat00002
Figure 112019046295011-pat00002

실시예 1Example 1

실시예 1에서 중요한 입력을 다음과 같이 사용했다.The important inputs in Example 1 were used as follows.

- 액션 : 피치-Action: Peach

- 상태 정보: WinSpe (Wind Speed, 풍속), WinDir (Wind Direction, 풍향), PllAng, EnvTem (Environment Temperature or 주변 기온), GenWndTemMax (Generator Temperature, 발전기 온도), NacTem(Nacelle Temperature, 나셀 온도), SpeGen (Generator Speed, 발전기 속도), BlaPos003 (Third Blade Position or pitch, 세번째 블레이드 위치 또는 피치).-Status information: WinSpe (Wind Speed, wind speed), WinDir (Wind Direction, wind direction), PllAng, EnvTem (Environment Temperature or ambient temperature), GenWndTemMax (Generator Temperature), NacTem (Nacelle Temperature), SpeGen (Generator Speed), BlaPos003 (Third Blade Position or pitch).

- 리워드(목표): 생산 전력은 크리틱(critic)을 사용하여 예측을 하는 것은 물론, 엑터(actor)를 이용한 가장 적절한 행동을 예측함으로써 값을 개선하고자 하는 목표치다.-Reward (goal): The production power is a goal to improve the value by predicting the most appropriate behavior using an actor, as well as making predictions using critical.

실시예에서는 시간 t에서의 상태 정보와 엑터에 의한 리워드를 예측하고자 한다.In the embodiment, it is intended to predict the status information at time t and the reward by the actor.

엑터 학습의 안정성을 위해 크리틱의 평균 절대 오차(MAE)가 7% 이하가 되기 전까지는 엑터 훈련을 시작하지 않았다.To ensure stability of actor learning, actor training was not started until the critic average absolute error (MAE) was less than 7%.

도 3은 레거시 시스템에서 발생한 리워드와 본원 발명의 실시예 1에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드 비교 그래프이다. 도 3에서 x축은 시간으로서 200에서 750가지 기재되어 있으며, y축은 리워드로서 7.0X107부터 1.3X108까지 기재되어 있다. 도 3에서 직선은 레거시 시스템의 리워드이며 빨간색 파형은 실제값, 주황색 파형으로 나타낸 것은 본원 발명에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드를 나타낸다. 도 3에서 크리틱은 안정되기 위해 약 250 에폭스(1시간 14분)가 걸렸다. 그 전에 엑터(주황색 선)의 action은 그래프에 나와 있지 않다. 아래 표는 실시예 1에 따른 결과를 표로 정리한 것이다.3 is a graph showing a comparison between a reward generated in a legacy system and a reward expected to be improved according to Example 1 of the present invention. In FIG. 3, the x-axis is described as time from 200 to 750, and the y-axis is from 7.0X10 7 to 1.3X10 8 as rewards. In FIG. 3, a straight line represents a legacy system reward, a red waveform represents an actual value, and an orange waveform represents a reward expected to be improved according to the present invention. In Fig. 3, the critic took about 250 epoxies (1 hour and 14 minutes) to stabilize. Before that, the action of the actor (orange line) is not shown in the graph. The table below summarizes the results according to Example 1.

Figure 112019046295011-pat00003
Figure 112019046295011-pat00003

도 3과서 상기 표에서 보듯이 강화 학습 에이전트는 레거시 시스템에 비해 크게 개선된 점이 없는 것으로 보인다. 실시예 1에서 1초 간격의 데이터가 사용되기 때문으로 파악된다. 원하는 피치에 맞게 블레이드를 이동시키는 데 시간이 걸리기 때문에 실제 상태 정보의 시간이 아닌 일정 시간 이후에 영향을 미치기 때문에 이러한 결과가 나타난 것으로 해석된다. 본원 발명에 따른 실시예 1에서 피치를 0도에서 90도로 바꾸는 데 약 12초가 걸린다.As shown in the table above in Fig. 3, the reinforcement learning agent does not appear to have any significant improvement over the legacy system. It is understood that this is because data at 1-second intervals are used in Example 1. Since it takes time to move the blade to the desired pitch, it is interpreted that this result is shown because it has an effect after a certain time, not the time of the actual state information. In Example 1 according to the present invention, it takes about 12 seconds to change the pitch from 0 degrees to 90 degrees.

도 4는 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값에 대한 200000개 예제를 보여주는 그래프이다. 도 4에서 x축은 200000개 예제의 순번이며, 그래프 순서대로 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값을 나타낸다. 풍속의 제한에 따른 시스템의 안정성 문제로 인해서 본원 발명에 따른 강화 학습 시스템은 특히 풍속이 8m/s 이상일 때 항상 최선의 움직임을 보이지 않는다.4 is a graph showing 200000 examples of wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference between legacy systems and actors, actual pitch values, and pitch values by actors. In Figure 4, the x-axis is the order of 200000 examples, and in graph order, wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference generated by legacy system and actor, actual pitch value, and pitch value by actor. Show. Due to the stability problem of the system due to the limitation of wind speed, the reinforcement learning system according to the present invention does not always show the best movement, especially when the wind speed is 8m/s or more.

도 5는 풍속과 관련한 퐁속 발전장치의 일반적인 생산 전력 곡선이다. 도 5로부터 알 수 있듯이 풍속의 증가하더라도 가능한 생성 전력에는 한계가 있다. 이러한 한계를 딥러닝에 적용할 경우 더 나은 예측과 특이점이 없도록 해야 한다.5 is a general production power curve of the Pongsock power generation device in relation to wind speed. As can be seen from FIG. 5, even if the wind speed increases, there is a limit to the possible generated power. When applying these limitations to deep learning, better predictions and singularities must be avoided.

실시예 2Example 2

실시예 2는 시간 t의 상태 정보/엑터의 조합에 대한 보상(t+1)을 예측하려고 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.Embodiment 2 is the same as Embodiment 1 except that the compensation (t+1) for the combination of state information/actors of time t is predicted.

도 6은 레거시 시스템에서 발생한 리워드와 본원 발명의 실시예 2에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드 비교 그래프이다. 도 6에서 x축은 시간으로서 500에서 4.0K(4000)가지 기재되어 있으며, y축은 리워드로서 6.0X107부터 1.8X108까지 기재되어 있다. 도 6에서 직선은 레거시 시스템의 리워드이며 빨간색 파형은 실제값, 주황색 파형으로 나타낸 것은 본원 발명에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드를 나타낸다. 도 6에서 크리틱은 안정되기 위해 약 400 에폭스(1시간 42분)가 걸렸다. 그 전에 엑터(주황색 선)의 action은 그래프에 나와 있지 않다. 아래 표는 실시예 2에 따른 결과를 표로 정리한 것이다.6 is a graph showing a comparison between a reward generated in a legacy system and a reward expected to be improved according to Example 2 of the present invention. In FIG. 6, the x-axis is described as time from 500 to 4.0K (4000), and the y-axis is from 6.0X10 7 to 1.8X10 8 as a reward. In FIG. 6, a straight line represents a legacy system reward, a red waveform represents an actual value, and an orange waveform represents a reward expected to be improved according to the present invention. In Fig. 6, the critic took about 400 epoxies (1 hour and 42 minutes) to stabilize. Before that, the action of the actor (orange line) is not shown in the graph. The table below summarizes the results according to Example 2.

Figure 112019046295011-pat00004
Figure 112019046295011-pat00004

도 6과 상기 표로부터 알 수 있듯이 실시예 2에 따른 강화 학습 에이전트는 레거시 시스템에 비해 상당한 개선을 달성했다. 시간 t의 작용이 시간 t+1에 결과를 가져오는 것이 타당하기 때문에 이러한 성능의 개선이 가능한 것으로 파악된다.As can be seen from Fig. 6 and the table above, the reinforcement learning agent according to Example 2 achieved significant improvement over the legacy system. Since it is reasonable for the action of time t to give a result at time t+1, it is believed that this performance improvement is possible.

도 7은 실시예 2에 따른 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값에 대한 200000개 예제를 보여주는 그래프이다. 도 7에서 x축은 200000개 예제의 순번이며, 그래프 순서대로 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값을 나타낸다. 실시예 2는 전반적으로 레거시 시스템에 대비하여 더 나은 결과를 나타낸다. 때때로 풍속이 10m/s 이상일 때 강화 학습 시스템은 약간의 나쁜 결정을 하여 성능이 약간 저하된다. 본원 발명에 따른 시스템의 실제 풍속 결과를 볼 때 풍속의 90% 이상이 10m/s 미만이기 때문에 이 문제는 에너지 생산량 23.8% 증가의 전체 결과에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 보인다.7 is a graph showing 200000 examples of wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference between legacy systems and actors, actual pitch values, and pitch values by actors according to Example 2 to be. In Fig. 7, the x-axis is the order of 200000 examples, and in graph order, the wind speed, the power generated by the legacy system, the power generated by the actor, the difference between the power generated by the legacy system and the actor, the actual pitch value, and the pitch value by the actor. Show. Example 2 overall shows better results compared to legacy systems. Sometimes when wind speeds are above 10m/s, the reinforcement learning system makes some bad decisions and performance is slightly degraded. When looking at the actual wind speed results of the system according to the present invention, this problem is unlikely to have a significant impact on the overall result of an increase in energy production of 23.8% because more than 90% of the wind speed is less than 10 m/s.

실시예 3Example 3

실시예 3은 시간 t의 상태 정보/엑터의 조합에 대한 보상(t+2)을 예측하려고 하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.Embodiment 3 is the same as Embodiment 1 except that the compensation (t+2) for the combination of state information/actors of time t is predicted.

도 8은 레거시 시스템에서 발생한 리워드와 본원 발명의 실시예 3에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드 비교 그래프이다. 도 8에서 x축은 시간으로서 1.4K(1400)에서 4.0K(4000)가지 기재되어 있으며, y축은 리워드로서 2.0X107부터 1.6X108까지 기재되어 있다. 도 8에서 직선은 레거시 시스템의 리워드이며 빨간색 파형은 실제값, 주황색 파형으로 나타낸 것은 본원 발명에 따라 개선될 것으로 예상되는 리워드를 나타낸다. 도 8에서 크리틱은 안정되기 위해 약 1300 에폭스(5시간 37분)가 걸렸다. 그 전에 엑터(주황색 선)의 action은 그래프에 나와 있지 않다. 아래 표는 실시예 3에 따른 결과를 표로 정리한 것이다.8 is a graph showing a comparison between a reward generated in a legacy system and a reward expected to be improved according to Example 3 of the present invention. In FIG. 8, the x-axis is described as time from 1.4K (1400) to 4.0K (4000), and the y-axis is described from 2.0X10 7 to 1.6X10 8 as rewards. In FIG. 8, a straight line represents a legacy system reward, a red waveform represents an actual value, and an orange waveform represents a reward expected to be improved according to the present invention. In Fig. 8, the critic took about 1300 epoxies (5 hours and 37 minutes) to stabilize. Before that, the action of the actor (orange line) is not shown in the graph. The table below summarizes the results according to Example 3.

Figure 112019046295011-pat00005
Figure 112019046295011-pat00005

도 9는 실시예 3에 따른 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값에 대한 200000개 예제를 보여주는 그래프이다. 도 9에서 x축은 200000개 예제의 순번이며, 그래프 순서대로 풍속, 레거시 시스템 생성 전력, 엑터에 의해서 생성된 전력, 레거시 시스템과 엑터에 의해서 생성된 전력 차이, 실제 피치 값, 엑터에 의한 피치값을 나타낸다. 실시예 3은 전반적으로 레거시 시스템 및 실시예 1, 2에 대비하여 더 나은 결과를 나타낸다. 실시예 3의 크리틱의 MAE가 이전의 실시예보다 약간 더 높다. 리워드(t+1)과 리워드(t+2)를 모두 사용하는 1초 간격의 데이터의 경우, 유사한 MAE 비율의 리워드(t)만을 사용하는 것보다 높은 전력 생산량을 보이고 있다.9 is a graph showing 200000 examples of wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference between legacy systems and actors, actual pitch values, and pitch values by actors according to Example 3 to be. In Figure 9, the x-axis is the order of 200000 examples, and in graph order, wind speed, legacy system generated power, power generated by actors, power difference generated by legacy systems and actors, actual pitch value, and pitch value by actor. Show. Example 3 overall shows better results compared to the legacy system and Examples 1 and 2. The MAE of the critic in Example 3 is slightly higher than in the previous example. In the case of data at 1-second intervals using both the reward (t+1) and the reward (t+2), the amount of power produced is higher than that of using only the reward (t) with a similar MAE ratio.

이론적으로, 실시예 3에 따른 강화 학습 시스템은 실시예 2에 따른 강화 학습 시스템보다 약 8% 우수한 결과를 보여주고 있다. 실시예 3에 따른 엑터의 피치 값을 확인한바, 강화 학습 시스템이 때때로 피치 값을 너무 빨리(최대 4~6초까지) 변경한다는 것이 밝혀졌다. 실제 사용된 터빈은 각도를 완전히 변경하는데 약 12초가 필요하다. 반면에 실시예 2에서는 마지막 3시간 동안 몇 번을 제외하고는 이러한 경우가 거의 발생하지 않았다.In theory, the reinforcement learning system according to Example 3 shows about 8% better results than the reinforcement learning system according to Example 2. Upon checking the pitch value of the actor according to Example 3, it was found that the reinforcement learning system sometimes changes the pitch value too quickly (up to 4-6 seconds). The turbine used in practice requires about 12 seconds to completely change the angle. On the other hand, in Example 2, this case rarely occurred except for a few times during the last 3 hours.

Claims (14)

빅데이터수집부가 날개, 나셀(Nacelle), 타워를 포함하는 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보를 각각에 대응하는 센서로 수집하는 단계;
제어부가 상기 빅데이터수집부가 수집한 상기 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보를 기반으로 딥러닝에 적용하여 상기 1개 이상의 풍력 발전장치를 제어하는 단계;
를 포함하는 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어 방법에 있어서,
상기 딥러닝은 엑터/크리틱 강화 학습을 통해서 학습을 하며,
상기 엑터/크리틱 강화 학습을 통해서 학습을 하는 것은 DDPG(deep deterministic policy gradient)에서 향후 리워드를 예측하지 않는 변형 DDPG인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
Collecting, by a big data collection unit, state information of one or more wind power generators including wings, nacelles, and towers with sensors corresponding to each;
Controlling, by a controller, the at least one wind power generator by applying to deep learning based on the state information of the at least one wind power generator collected by the big data collection unit;
In the control method of a wind power generator using deep learning comprising a ,
The deep learning is learned through actor/critical reinforcement learning,
The learning through the actor/critical reinforcement learning is a modified DDPG that does not predict future rewards in a deep deterministic policy gradient (DDPG), a method of controlling a wind power generator using deep learning.
제1항에 있어서,
상기 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보는 풍속, 풍향, 나셀 방향, 요 오차, 공기 온도, 발전장치 온도, 발전장치 속도, 무효 전력을 포함하는 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method of claim 1,
The state information of the one or more wind power generators includes wind speed, wind direction, nacelle direction, yaw error, air temperature, power generator temperature, power generator speed, and reactive power.
제1항에 있어서,
날씨에 대한 관측 정보, 날씨에 대한 예측 정보, 또는 전력거래소의 전력 거래 정보를 상기 상태 정보에 추가하는 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어 방법.
The method of claim 1,
A method of controlling a wind power generator using deep learning in which observation information on weather, prediction information on weather, or power transaction information of a power exchange is added to the state information.
제1항에 있어서,
상기 1개 이상의 풍력 발전장치의 상태 정보를 상기 딥러닝에 적용하기 전에 상태 정보에 따른 영향력 평가를 실시하여 중요한 상태 정보만을 선정하고 이를 딥러닝에 적용하는 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method of claim 1,
Prior to applying the state information of the one or more wind power generators to the deep learning, influence evaluation according to the state information is performed to select only important state information and apply it to deep learning.
제1항에 있어서,
상기 1개 이상의 풍력 발전장치를 제어하는 단계에서 제어하는 것은 상기 풍력 발전장치의 피치 각도, TSR(Tip Speed Ratio) 중 적어도 하나 이상인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method of claim 1,
Controlling in the step of controlling the at least one wind power generator is at least one of a pitch angle and a tip speed ratio (TSR) of the wind power generator.
제5항에 있어서,
상기 1개 이상의 풍력 발전장치를 제어하는 단계에서 추가로 제어하는 것은 인버터 또는 컨버터 또는 ESS(Energe Storage System) 중 적어도 하나 이상인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method of claim 5,
In the step of controlling the one or more wind power generators, the additional control is at least one of an inverter, a converter, or an ESS (Energe Storage System).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 딥러닝을 통해서 향상시키는 목표는 상기 1개 이상의 풍력 발전장치 각각이 생산하는 전력인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The goal to be improved through the deep learning is a control method of a wind power generator using deep learning, which is power produced by each of the one or more wind power generators.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 딥러닝을 통해서 향상시키는 목표는 상기 1개 이상의 풍력 발전장치와 연계된 ESS(Energy Storage System)를 포함하는 전체 시스템의 전력 생산량 또는 전력 매출액인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The goal to be improved through the deep learning is a control method of a wind power generator using deep learning, which is the amount of power production or power sales of the entire system including an ESS (Energy Storage System) linked to the one or more wind power generators.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 딥러닝을 통해서 향상시키는 목표는 상기 1개 이상의 풍력 발전장치와 연계된 ESS(Energy Storage System)를 포함하는 전체 시스템의 전력에 대한 판매 양, 판매 시기, 판매 금액까지 제어하여 누적 매출액을 높이는 것인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The goal of improving through the deep learning is to increase the accumulated sales by controlling the sales amount, sales timing, and sales amount of the entire system including the ESS (Energy Storage System) linked to the one or more wind power generators. Control method of wind power generation device using in-deep learning.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 딥러닝은 DDPG, Twin Delay DDPG, Advantage Actor-Critic, A3C, Soft Actor-Critic, CNN(Convolution Neural Network), DNN(Deep Neural Network), RNN, DBN, LSTM, GAN, Softmax 모델 중에 적어도 하나 이상인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method of claim 1,
The deep learning is at least one of DDPG, Twin Delay DDPG, Advantage Actor-Critic, A3C, Soft Actor-Critic, CNN (Convolution Neural Network), DNN (Deep Neural Network), RNN, DBN, LSTM, GAN, and Softmax models. A method of controlling a wind power generator using deep learning.
제1항에 있어서,
상기 빅데이터수집부가 수집한 상태 정보, 이때의 제어 방법, 이때 생산되는 전력에 관한 정보는 별도의 데이터베이스 형태로 저장되는 것인 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법.
The method of claim 1,
The state information collected by the big data collection unit, the control method at this time, and information on the power generated at this time are stored in a separate database format.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 딥러닝을 이용한 풍력 발전장치의 제어방법에 의해서 제어되는 풍력 발전장치.A wind power generator controlled by the control method of the wind power generator using deep learning according to any one of claims 1 to 6.
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