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건축설비자동제어의 제한된 센싱환경에서 가상센서를 통한 이상검출 성능 향상
최영웅(Youngwoong Choi),홍예진(Yejin Hong),윤성민(Sungmin Yoon),김용식(Yong-Shik Kim) 대한설비공학회 2020 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2020 No.6
Intelligent building systems highly depend on the measurement reliability. Although the control loop and optimization of building systems are stable and well-organized, sensor and equipment problems critically effect the performance of the building systems. Sensor errors and equipment faults can easily occur due to their working environments. Sensor and equipment fault detection (FD) methods have been studied as a way to solve the problems. However, for the practical application in real buildings, it is difficult to develop the effective fault detection systems because of the limited sensing environment of building systems. In this case, virtual sensors can be applied for the expansion of sensing environment. Virtual sensors are modeled from physical relationships with system variables, which can estimate unknown variables. Thus, the developed virtual sensors can improve the FD performance without installing additional sensors. In this paper, (1) the building system fault detection method using autoencoder and (2) a strategy to improve the suggested FD performance with virtual sensors are proposed.
공동주택 지역난방시스템 내 제한된 센싱환경에서의 시스템 열손실 모니터링 모델 구축 방법에 관한 연구
최영웅(Youngwoong Choi),윤성민(Sungmin Yoon),김용식(Yong-Shik Kim) 대한설비공학회 2021 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2021 No.6
District heating system energy demand in the residential building is responsible for a large share of the overall building energy usage. For decades, various studies have been conducted to improve the efficiency of district heating network and to optimize the thermal grid. On the other hand, the system heat loss occurring in a building heating water circulation system is an fundamentally important factor because it highly depends on the end demand side heating energy consumption. However, the heat loss is hard to be calculated or monitored in practical systems due to the limited sensing environment of building automation control systems. To challenge this situation, this paper suggest the district heating loss monitoring (observing) model which can be developed under limited sensing environment by utilizing domain knowledge and design factors on the model design. In this paper, model design strategies and the application on the actual building system is represented.
공동주택 지역난방시스템 2차측 환수온도의 현장 관측 가상센서 구축 방법
최영웅(Youngwoong Choi),윤성민(Sungmin Yoon),김용식(Yong-Shik Kim) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6
가상센싱 기술은 건물에너지시스템의 제어, 유지관리, 모니터링 시스템과 고도화된 정보체계 구축에 있어 중요한 기술이다. 가상센서는 실물센서의 대체 및 백업(Replacement & backup) 목적과 미지 변수에 대한 관측(Observation) 목적으로 구축되어 센서 및 장치의 이상 검출 및 진단(FDD: Fault detection and diagnosis), 시스템 분석, 모니터링 등에 다양하게 활용된다. 특히, 관측 목적의 가상센서는 실물센서가 가진 측정 범위의 한계를 극복하여 시스템의 센싱 체계를 확장하는 기술로 활용범위가 넓은 기술이다. 하지만, 실제 현장에서는 센싱환경이 제한적이고 모델링 대상값이 부재하기 때문에 관측 가상센서 모델링이 어렵고, 현장 적용 시에도 모델링 조건과 실제 시스템 조건의 차이로 인해 좋은 성능을 보장하기 힘들다. 본 연구에서는 이러한 실질적인 문제점을 해결하기 위하여 현장 관측 가상센서 개발 방법을 제안한다. 해당 방법에서 관측 가상센서는 건물시스템에 대한 다양한 정보를 통합 활용하여 모델링되고, 실제 시스템 운전데이터와 관계변수 기반 간접 보정 방법을 통해 보정된다. 제안된 현장 관측 가상센서는 실제 공동주택 지역난방시스템의 2차측 환수온도를 대상으로 적용되었다. 보정 전 모델은 0.81℃의 오차를 보였으며 보정 후 모델은 오차가 32% 감소한 0.55℃의 오차를 보였다.
공동주택 지역난방시스템 2차측 환수온도의 현장 관측 가상센서 구축 방법
최영웅(Youngwoong Choi),윤성민(Sungmin Yoon),김용식(Yong-Shik Kim) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.6
가상센싱 기술은 건물에너지시스템의 제어, 유지관리, 모니터링 시스템과 고도화된 정보체계 구축에 있어 중요한 기술이다. 가상센서는 실물센서의 대체 및 백업(Replacement & backup) 목적과 미지 변수에 대한 관측(Observation) 목적으로 구축되어 센서 및 장치의 이상 검출 및 진단(FDD: Fault detection and diagnosis), 시스템 분석, 모니터링 등에 다양하게 활용된다. 특히, 관측 목적의 가상센서는 실물센서가 가진 측정 범위의 한계를 극복하여 시스템의 센싱 체계를 확장하는 기술로 활용범위가 넓은 기술이다. 하지만, 실제 현장에서는 센싱환경이 제한적이고 모델링 대상값이 부재하기 때문에 관측 가상센서 모델링이 어렵고, 현장 적용 시에도 모델링 조건과 실제 시스템 조건의 차이로 인해 좋은 성능을 보장하기 힘들다. 본 연구에서는 이러한 실질적인 문제점을 해결하기 위하여 현장 관측 가상센서 개발 방법을 제안한다. 해당 방법에서 관측 가상센서는 건물시스템에 대한 다양한 정보를 통합 활용하여 모델링되고, 실제 시스템 운전데이터와 관계변수 기반 간접 보정 방법을 통해 보정된다. 제안된 현장 관측 가상센서는 실제 공동주택 지역난방시스템의 2차측 환수온도를 대상으로 적용되었다. 보정 전 모델은 0.81℃의 오차를 보였으며 보정 후 모델은 오차가 32% 감소한 0.55℃의 오차를 보였다.
가상센싱기술을 활용한 공기조화기센서의 이상감지 및 진단
최영웅(YoungWoong Choi),윤성민(SungMin Yoon),김용식(Yong-Shik Kim) 대한설비공학회 2019 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.-
Recently, smart building technologies have been emphasized to improve energy performance and the indoor environmental satisfaction. An air-handling unit (AHU) plays a big role in the both perspectives. Since various sensor errors in AHU directly influence the energy efficiency and comfort of occupants, current studies have been aimed to detect sensor errors. However, simply detecting sensor errors is incomplete solution to deal with sensing issues because the location and details of sensor errors are still undetermined. To overcome the limitation of current studies, this study proposes a virtual sensor-based fault detection and diagnosis method named VFDD. A proposed method not only detects but also diagnoses sensor errors. Thus, the unknown information including the location and error of faulty sensors can be identified by the suggested VFDD. In this paper, the VFDD method is proposed and then applied to the operational AHU of a small-sized office building using EnergyPlus.
대체모델을 활용한 건물에너지시스템 내 관측 가상센서의 성능 향상방법
최영웅(Youngwoong Choi),윤성민(Sungmin Yoon),김용식(Yong-Shik Kim) 대한설비공학회 2022 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.11
관측 가상센서는 실물센서의 측정값과 설계정보를 기반으로 기존 센서네트워크에서 얻기 힘들거나 어려운 값을 측정하는 가상의 센서 모델이다. 건물에너지시스템에 있어 관측 가상센서는 실물센서의 측정 범위 확장과 정보적인 건물에너지시스템 구축 측면에서 매우 큰 잠재력을 가진 기술이다. 하지만, 관측 가상센서를 실제로 도입할 경우 모델링과 정확도 측면에서 한계점이 있다. 관측 가상센서는 실물센서로 측정되지 않는 미지의 값을 대상으로 하기 때문에 별도의 기존 모델이 존재하지 않은 경우에는 물리식을 기반으로 모델링 된다. 하지만 실제 현장에서는 수식에 필요한 변수들이 모두 측정되지 않을 수 있고, 모델이 구축되었다고 해도 물리 모델의 불확실성으로 부정확할 수 있다. 따라서, 관측 가상센서는 보정을 통한 성능 향상이 필수적이다. 본 논문에서는 현장 간접보정 방식을 통해 일차적으로 관측 가상센서를 보정하고, 대체모델을 통해 이차적으로 성능을 개선하는 방법을 제안한다. 간접보정은 모델링 단계와 동일하게 대상값이 없는 환경에서 이루어지기 때문에, 기존 시스템 변수 내에서 정의된 관계변수(Relational variable)와 설계정보를 활용하여 수행된다. 이후, 대상 변수와의 물리적 관계를 갖는 입력변수를 선정하여 대체모델을 구축한다. 본 논문에서의 실증 연구에서는 수식으로 구축된 초기(Initial) 모델 대비 간접보정 모델은 34.6%, 대체모델은 70.4%의 성능 개선을 나타냈다.