DE112017002798B4

DE112017002798B4 - Überwachungsvorrichtung, Verfahren zur Überwachung von Zielvorrichtung und Programm

Info

Publication number: DE112017002798B4
Application number: DE112017002798.5T
Authority: DE
Inventors: Ichiro Nagano; Kuniaki Aoyama; Mayumi Saito; Shintaro Kumano; Katsuhiko Abe; Toru Tanaka; Takahiro Yamauchi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: PH12018502393A1; MX2018014046A; WO2017209179A1; KR20190003580A; CN109154812B; DE112017002798T5; KR102202161B1; US11591925B2; JP6511702B2; JP2017215864A; US20190264573A1; CN109154812A

Abstract

Überwachungsvorrichtung, umfassend:
eine Erfassungseinheit (101), die konfiguriert ist, Messwerte zu erfassen, die Messwerte einer Zielvorrichtung sind, wobei die Messwerte mindestens eine Temperatur und eine Durchflussrate eines Eingabefluids beinhalten, das in die Zielvorrichtung einzugeben ist, und eine Temperatur und eine Durchflussrate eines Ausgabefluids, das von der Zielvorrichtung auszugeben ist;
eine Korrektureinheit (103), die konfiguriert ist, um einen Korrekturmesswert zu erhalten, durch den die Messwerte durch thermische Gleichgewichtsberechnungen auf Grundlage der Messwerte korrigiert werden; und
eine Abstandsberechnungseinheit (105), die konfiguriert ist, um einen Mahalanobis-Abstand mit einem Faktor des Korrekturmesswerts zu berechnen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Zielvorrichtung zu überwachen, ein Verfahren zum Überwachen der Zielvorrichtung und ein Programm. Diese Anmeldung beansprucht die Priorität auf Grundlage der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-110337 , die am 1. Juni 2016 in Japan eingereicht wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen wird.
Stand der Technik
Als ein System zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage ist ein System bekannt, das einen Mahalanobis-Abstand verwendet (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Das in Patentdokument 1 beschriebene System führt auf Grundlage des Mahalanobis-Abstands eine Verarbeitungsreihe durch, vom Überwachen eines Vorzeichens eines Ausfalls bis zu einer Ausfalldiagnose in der Anlage.
Liste der Dokumente des Stands der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 2011-90382 A
Patentdokument 2: JP 2005-293169 A
Patentdokument 3: JP 2016-6594 A

Kurzdarstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Um einen Mahalanobis-Abstand und einen Einheitsraum zu erhalten, der zur Berechnung des Mahalanobis-Abstands zu verwenden ist, sind Zustandsgrößen erforderlich, die von einer Zielvorrichtung gesammelt werden, die eine Vorrichtung ist, die eine Anlage konstruiert. Als Zustandsgrößen werden Steuersignalwerte zum Steuern der Zielvorrichtung und Messwerte, die von Sensoren ausgegeben werden, die an die Zielvorrichtung bereitgestellt werden, beispielhaft gezeigt. Jedoch beinhalten die Messwerte, die von den Sensoren, die der Zielvorrichtung bereitgestellt werden, ausgegeben werden, einen Messfehler. Daher kann der Mahalanobis-Abstand, der unter Verwendung der Messwerte berechnet wird, durch den Fehler beeinflusst werden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zielvorrichtung, ein Verfahren zum Überwachen der Zielvorrichtung und ein Programm bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Mahalanobis-Abstand zu berechnen, während ein Einfluss eines Fehlers, der in Messwerten enthalten ist, unterdrückt wird.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Überwachungsvorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 6 und ein Programm gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 8 bereitgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung befinden sich in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 und 7.
[-7 Seite 10]
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Überwachungsvorrichtung die thermischen Gleichgewichtsberechnungen und die Korrektur für die Messwerte durch, wodurch sie in der Lage ist, einen Fehler, der in den Messwerten beinhaltet ist, zu unterdrücken. Damit kann die Überwachungsvorrichtung den Mahalanobis-Abstand berechnen, während der Einfluss des Fehlers unterdrückt wird, der in den Messwerten beinhaltet ist.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer Gasturbine, die ein Beispiel einer Zielvorrichtung ist.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen von Vorgängen der Überwachungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen von Vorgängen der Überwachungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
6 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Graph zum Zeigen eines Beispiels einer Funktion, die eine Beziehung zwischen einer atmosphärischen Bedingung und einem Standardisierungskoeffizienten ausdrückt.
8 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration eines Computers in mindestens einer Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Nun wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Eine Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist konfiguriert, um die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Abnormalität in einer Gasturbine T zu überwachen und eine Auftrittsursache der Abnormalität zu identifizieren. Die Gasturbine T ist ein Beispiel einer Zielvorrichtung.
Zielvorrichtung
1 ist ein schematisches Diagramm der Gasturbine, die ein Beispiel der Zielvorrichtung ist.
Die Gasturbine T beinhaltet einen Verdichter T1, eine Brennkammer T2, eine Turbine T3, einen Rotor T5, ein Extraktionsrohr T4 und einen Generator T6. Der Verdichter T1, die Turbine T3 und der Generator T6 sind mit dem Rotor T5 verbunden und werden um eine Achse des Rotors T5 gedreht. Der Verdichter T1 wird gedreht, um Luft durch eine Lufteinlassöffnung aufzunehmen, und verdichtet die Aufnahmeluft, um Druckluft zu erzeugen. Die Brennkammer T2 sprüht Kraftstoff zur Druckluft, die vom Verdichter T1 erzeugt wird, um ein Verbrennungsgas G mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu erzeugen. Ferner wird Kühldampf gegen die Brennkammer T2 geblasen, um die Brennkammer T2 zu kühlen.
Die Turbine T3 wandelt die thermische Energie des Verbrennungsgases, das von der Brennkammer T2 erzeugt wird, in eine Rotationsenergie für den Rotor T5 um, um eine Antriebskraft zu erzeugen. Das Extraktionsrohr T4 weist ein mit dem Verdichter T1 angeschlossenes Ende auf, und das andere Ende ist an der Turbine T3 angeschlossen. Das Extraktionsrohr T4 extrahiert einen Teil der von dem Verdichter T1 erzeugten Druckluft und führt die verdichtete Luft, die extrahiert wird (Kühlluft), der Turbine T3 zu, um die Turbine T3 zu kühlen. Der Generator T6 wandelt die Rotationsenergie für den Rotor T5 in eine elektrische Energie um.
Eine Mehrzahl von Sensoren (nicht veranschaulicht) sind an der Gasturbine T montiert. Als von den jeweiligen Sensoren erfasste Sensorwerte gibt es beispielhaft einen atmosphärischen Druck, eine atmosphärische Temperatur, eine atmosphärische Luftfeuchtigkeit, eine Einlassdruckdifferenz des Verdichters T1, eine Auslasslufttemperatur des Verdichters T1, einen Auslassluftdruck des Verdichters T1, einen Kraftstoffdruck, eine Kraftstofftemperatur, einen Kraftstoffheizwert, eine Kraftstoffzusammensetzung, eine Kraftstoffdurchflussrate, einen Kühlungsdampfdruck, eine Kühlungsdampftemperatur, eine Kühlungsdampfdurchflussrate, eine Kühlungslufttemperatur, eine Kühlungsluftdurchflussrate, eine Ablufttemperatur, einen Druckverlust angesaugter Luft, einen Abluftdruckverlust, Energieerzeugungseffizienz des Generators T6, erzeugte elektrische Energie, einen Energieerzeugungsstrom, eine Stromerzeugungsspannung und eine Stromerzeugungsfrequenz.
Konfiguration
Es wird die Konfiguration der Überwachungsvorrichtung 100 beschrieben. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration der Überwachungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die Überwachungsvorrichtung 100 beinhaltet eine Erfassungseinheit 101, eine Kennwertberechnungseinheit 102, eine Korrektureinheit 103, eine Einheitsraumspeichereinheit 104, eine Abstandsberechnungseinheit 105, eine Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, eine SN-Verhältnisberechnungseinheit 107, eine Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108, eine Tabellenspeichereinheit 109, eine Schätzeinheit 110 und eine Ausgabeeinheit 111.
Die Erfassungseinheit 101 erfasst die von den der Gasturbine bereitgestellten Sensoren erfassten Sensorwerte und Werte (Befehlswerte) von Steuersignalen der Gasturbine T. Es gilt anzumerken, dass, wie obenstehend beschrieben, die von der Erfassungseinheit 101 erfassten Sensorwerte mindestens Temperaturen von Luft und Kraftstoff, die der Gasturbine T eingegeben werden (Eingabefluid), und eine Temperatur von aus der Gasturbine T ausgegebener Abluft (Ausgabefluid) beinhalten. Die Sensorwerte sind Beispiele für die Messwerte der Gasturbine T.
Die Kennwertberechnungseinheit 102 berechnet Kennwerte zum Zeigen von Kennzeichen der Gasturbine T auf Grundlage der Sensorwerte, die von der Erfassungseinheit 101 erfasst werden. Als Kennwerte gibt es beispielhaft thermischen Wirkungsgrad, Verdichterwirkungsgrad, Verbrennungswirkungsgrad, Turbinenwirkungsgrad, Verdichterantriebsleistung, Turbinenausgabe, eine Gasturbinenluftdurchflussrate, eine Gasturbinenabluftdurchflussrate, ein Verdichterdruckverhältnis und eine Einlassverbrennungsgastemperatur der Turbine T3. Zum Beispiel berechnet die Kennwertberechnungseinheit 102 den Verdichterwirkungsgrad (Kennwert) durch Subtrahieren einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Verdichterauslassenthalpie und einer tatsächlichen Verdichtereinlassenthalpie von einer Differenz zwischen einer Verdichterauslassenthalpie und einer Verdichtereinlassenthalpie in einem Fall einer isentropen Änderung. Jede Enthalpie wird unter Verwendung einer Temperatur und eines Druckes, die die Sensorwerte sind, berechnet. Die Kennwerte sind Beispiele der Messwerte der Gasturbine T. Es gilt zu beachten, dass, wie obenstehend beschrieben, die von der Kennwertberechnungseinheit 102 berechneten Kennwerte mindestens eine der Gasturbine T eingegebene Luftdurchflussrate und eine von der Gasturbine T ausgegebene Abluftdurchflussrate beinhalten.
Die Korrektureinheit 103 korrigiert die von der Erfassungseinheit 101 erfassten Sensorwerte und die von der Kennwertberechnungseinheit 102 berechneten Kennwerte auf Grundlage von thermischen Gleichgewichtsberechnungen für die Gasturbine T und erhält anschließend einen Korrekturmesswert.
Insbesondere korrigiert die Korrektureinheit 103 die Messwerte in der folgenden Prozedur. Zuerst substituiert die Korrektureinheit 103 die Messwerte für die thermischen Gleichgewichtsberechnungen für die Gasturbine T und berechnet Fehler der jeweiligen Messwerte, die die thermischen Gleichgewichtsberechnungen erfüllen. Anschließend erhält die Korrektureinheit 103 die für die jeweiligen Messwerte berechnete Fehlersumme oder eine Summe der Quadrate der Werte und erhält den Korrekturmesswert durch Auswählen einer Kombination der Fehler für die jeweiligen Messwerte, um die kleinste Summe zu erhalten. Insbesondere wird das thermische Gleichgewicht der Gasturbine T als Ganzes durch den nachstehenden Ausdruck (1) ausgedrückt. Das thermische Gleichgewicht des Verdichters T1 wird durch den nachstehenden Ausdruck (2) ausgedrückt. Das thermische Gleichgewicht der Brennkammer T2 wird durch den nachstehenden Ausdruck (3) ausgedrückt. Das thermische Gleichgewicht der Turbine T3 wird durch den nachstehenden Ausdruck (4) ausgedrückt. In jedem von Ausdruck (1) bis Ausdruck (4) drückt die linke Seite Wärmeeingabe aus, und die rechte Seite drückt Wärmeausgabe aus.
[Math. 1] $\begin{array}{l} G 1 \times H 1 C + G ƒ \times H ƒ + G ƒ \times L H V \times μ_{B U R N} + G s t \times H s t 1 \\ = \frac{\frac{K W G E N}{4,1868}}{μ_{G E N}} + G 8 \times H 2 T + G s t \times H s t \times H s t 2 \end{array}$

[Math. 2] $G1 \times H 1 C + \frac{K W C}{4,1868} = G 2 \times H 2 C + G c \times H e$

[Math. 3] $\begin{array}{l} G 2 \times H 2 C + G ƒ \times H ƒ + G ƒ \times L H V \times μ_{B U R N} + G s t \times H s t 1 + G w \times H w \\ = G s t \times H s t 2 + G 4 \times H 1 T \end{array}$

[Math. 4] $G 4 \times H 1 T + G c \times H c = G 8 \times H 2 T + \frac{K W T}{4,1868}$
Eine Variable G1 drückt eine Aufnahmedurchflussrate aus. Eine Variable H1C drückt eine Aufnahmeenthalpie aus. Eine Variable G2 drückt eine Auslassdurchflussrate des Verdichters T1 aus. Eine Variable H2C drückt eine Auslassdurchflussrate des Verdichters T1 aus. Eine Variable Gf drückt eine Kraftstoffdurchflussrate aus. Eine Variable LHV drückt einen Kraftstoffheizwert aus. Eine Variable Gst drückt eine Kühlungsdampfdurchflussrate aus. Eine Variable Hst1 drückt eine Enthalpie des Kühlungsdampfs aus, der der Brennkammer T2 zugeführt wird. Eine Variable Hst2 drückt eine Enthalpie des Kühlungsdampfs aus, der von der Brennkammer T2 abgeführt wird. Eine Variable Gc drückt eine Kühlungsluftmenge aus. Eine Variable Hc drückt eine Kühlungsluftenthalpie aus. Eine Variable G4 drückt eine Einlassdurchflussrate der Turbine T3 aus. Eine Variable H1T drückt eine Einlassenthalpie der Turbine T3 aus. Eine Variable G8 drückt eine Abluftdurchflussrate aus. Eine Variable H2T drückt eine Abluftenthalpie aus. Eine Variable µ_gen drückt den Energieerzeugungswirkungsgrad aus. Eine Variable µ_Brenn drückt den Verbrennungswirkungsgrad aus. Eine Variable KWGEN drückt erzeugte elektrische Leistung aus. Eine Variable KWC drückt eine Verdichterantriebsleistung aus. Eine Variable KWT drückt Turbinenausgabe aus.
Die Einheitsraumspeichereinheit 104 speichert die Kombination der Zustandsgrößen der Gasturbine T (die Messwerte, den Korrekturmesswert und die Befehlswerte) als einen Einheitsraum eines Mahalanobis-Abstands. Die Zustandsgrößen werden während einer Anlaufphase der Gasturbine T erfasst (zum Beispiel ein Zeitraum von zwei Wochen ab dem letzten Zeitpunkt eines Betriebsbeginnzeitpunkts einer Gasturbine T in einem neuen Artikelzustand und einem Betriebsbeginnzeitpunkt einer Gasturbine T nach Abschluss der regulären Inspektion).
Die Abstandsberechnungseinheit 105 berechnet einen Mahalanobis-Abstand, der einen Zustand der Gasturbine T angibt, auf Grundlage des von der Einheitsraumspeichereinheit 104 gespeicherten Einheitsraums mit den Faktoren der Sensorwerte und den von der Erfassungseinheit 101 erfassten Befehlswerten, den von der Kennwertberechnungseinheit 102 berechneten Kennwerten und dem Korrekturmesswert, durch den die Korrektureinheit 103 die Korrektur durchführt. Der Mahalanobis-Abstand ist eine Skala, die einen Grad einer Differenz zwischen einer Referenzprobe, die als ein Einheitsraum ausgedrückt wird, und einer neu erhaltenen Probe angibt. Ein Verfahren zum Berechnen des Mahalanobis-Abstands wird später beschrieben.
Die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106 bestimmt auf Grundlage des von der Abstandsberechnungseinheit 105 berechneten Mahalanobis-Abstands, ob an der Gasturbine T eine Abnormalität auftritt. Insbesondere bestimmt die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, dass eine Abnormalität an der Gasturbine T auftritt, wenn der Mahalanobis-Abstand gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert (zum Beispiel 3.5) ist. Im Allgemeinen wird ein Wert gleich oder größer als drei als der Schwellenwert festgelegt.
Wenn die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106 bestimmt, dass eine Abnormalität an der Gasturbine T auftritt, berechnet die SN-Verhältnisberechnungseinheit 107 ein Signal-Rausch-Verhältnis (SN-Verhältnis) in dem Taguchi-Verfahren auf Grundlage der Sensorwerte und der von der Erfassungseinheit 101 berechneten Befehlswerte, der von der Kennwertberechnungseinheit 102 berechneten Kennwerte und dem Korrekturmessbetrag, durch den die Korrektureinheit 103 eine Korrektur durchführt. Das heißt, die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108 erhält das SN-Verhältnis auf Grundlage der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Gegenstands durch eine orthogonale Tabellenanalyse. Wenn das SN-Verhältnis größer ist, kann bestimmt werden, dass eine Abnormalität für den Gegenstand der Zustandsgröße (der Messwert oder der Befehlswert) wahrscheinlicher auftritt.
Auf Grundlage des von der SN-Verhältnisberechnungseinheit 107 berechneten SN-Verhältnisses berechnet die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108 eine Auftrittswahrscheinlichkeit für jedes einer Mehrzahl von Phänomenen (Leistungsabbau), die an der Gasturbine T auftreten können. Als die Phänomene gibt es beispielsweise eine Reduktion in der Gasturbinenausgabe, Reduktion im Gasturbinenwirkungsgrad, Reduktion des Verdichterwirkungsgrads, Reduktion im Turbinenwirkungsgrad, Reduktion in der Verdichtereinlassluftmenge, Zunahme der Ablufttemperatur, Reduktion des Verdichtungsverhältnisses des Verdichters, Reduktion im Verbrennungswirkungsgrad, Zunahme der Turbineneinlassgastemperatur und Zunahme im Abgasdruck. Zum Beispiel speichert die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108 für jedes Phänomen eine Beziehung zwischen der Anwesenheit oder Abwesenheit des Auftretens des Phänomens und der Zustandsgröße, die dominant an der Zunahme oder Abnahme des SN-Verhältnisses beteiligt ist, und berechnet eine gewichtete Summe des SN-Verhältnisses der Zustandsgröße, die mit jedem Phänomen assoziiert ist. Auf diese Weise berechnet die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108 eine Auftrittswahrscheinlichkeit für jedes Phänomen.
Die Tabellenspeichereinheit 109 speichert eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen den Phänomenen und Auftrittsursachen von Abnormalitäten zeigt.
Insbesondere speichert die Tabellenspeichereinheit 109 für jedes Phänomen und bei jeder Auftrittsursache die Anzahl von Malen, an denen die Erscheinungen beobachtet werden, wenn die Abnormalität aufgrund der Auftrittsursache auftritt. Unter der Annahme, dass beispielsweise in der Vergangenheit ein Zustand neunmal beobachtet wurde, in dem eine Abweichung einer Schaufelwegtemperatur (Phänomen) groß war, wenn eine Abnormalität aufgrund von Beschädigung eines Abluftdiffusors (Auftrittsursache) aufgetreten ist, assoziiert die Tabellenspeichereinheit 109 die Auftritte von „Schaden des Abluftdiffusors“ und des Phänomens des „Zustands, in dem die Abweichung der Schaufelwegtemperatur groß ist“, und speichert die Anzahl von Malen, welche neun ist. Die von der Tabellenspeichereinheit 109 gespeicherte Tabelle kann zum Beispiel auf Grundlage von Daten einer Fehlerbaumanalyse (FTA) gebildet werden, die von einem Wartungsarbeiter zum Zeitpunkt des Betriebs der Gasturbine T gebildet wird.
Die Schätzeinheit 110 schätzt eine Auftrittsursache einer Abnormalität der Gasturbine T auf Grundlage der Auftrittswahrscheinlichkeit jedes von der Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108 berechneten Phänomens und der von der Tabellenspeichereinheit 109 gespeicherten Tabelle. Insbesondere multipliziert die Schätzeinheit 110 Vektoren in einer Zeile und M Spalten mit den Auftrittswahrscheinlichkeiten der jeweiligen Phänomene als Elemente und eine Matrix in M Zeilen und N Spalten mit den Werten der Tabelle als Elemente. Auf diese Weise erhält die Schätzeinheit 110 Vektoren in N Zeilen und eine Spalte mit den Wahrscheinlichkeiten der Auftrittsursachen der Abnormalitäten als Elemente. M drückt die Anzahl der Phänomene aus, und N drückt die Anzahl der Auftrittsursachen aus. Ferner kann die Schätzeinheit 110 schätzen, dass die Auftrittsursache in der Zeile mit dem großen Elementwert unter den erhaltenen Vektoren in den N Zeilen und der einen Spalte die Auftrittsursache der Abnormalität der Gasturbine T ist. Die Ausgabeeinheit 111 gibt die von der Schätzeinheit 110 geschätzten Auftrittsursachen in einer Reihenfolge der Wahrscheinlichkeiten aus. Als Ausgaben gibt es zum Beispiel beispielhaft Anzeigen auf einem Anzeigeschirm, Übertragung der Daten nach Außen, Drucken auf einem Blatt und Sprachausgabe.
Mahalanobis-Abstand
Hier wird ein Berechnungsausdruck zum Berechnen eines allgemeinen Mahalanobis-Abstands D gegeben.
Die Anzahl von Gegenständen der Mehrzahl von Zustandsgrößen (Messwerte und Befehlswerte), die den Zustand der Gasturbine T angeben, wird durch einen Wert von „u“ ausgedrückt.
Der Wert von „u“ ist eine ganze Zahl gleich oder größer als zwei. Die Zustandsgrößen der „u“ Gegenstände sind jeweils durch X₁ bis X_u ausgedrückt. In einem Referenzbetriebszustand der Gasturbine T (in der ersten Ausführungsform der Betriebszustand für zwei Wochen ab dem letzten Zeitpunkt des Betriebsbeginnzeitpunkts der Gasturbine T in einem neuen Artikelzustand und dem Betriebsbeginnzeitpunkt der Gasturbine T nach Abschluss der regulären Inspektion) sammelt die Überwachungsvorrichtung 100 „v (gleich oder größer als zwei)“ für jede der Zustandsgrößen X₁ bis X_u der Gegenstände. Wenn zum Beispiel sechzig Werte für jede der Zustandsgrößen der Gegenstände erfasst werden, ist v = 60 erfüllt. Die j Zustandsgrößen X₁ bis X_u für jeden in dem Betriebszustand gesammelte Gegenstand werden jeweils durch X_1j bis X_uj ausgedrückt. Der Wert von „j“ ist ein beliebiger Wert (ganze Zahl) von eins bis zu dem Wert von „v“ und zeigt an, dass es „v“ Werte für jede Zustandsgröße gibt. Das heißt, die Überwachungsvorrichtung 100 sammelt die Zustandsgrößen X₁₁ bis X_uv. Die Zustandsgrößen X_u bis X_uv werden in der Einheitsraumspeichereinheit 104 gespeichert.
Die Überwachungsvorrichtung 100 erhält für jeden Gegenstand mit Ausdruck (5) und Ausdruck (6) einen durchschnittlichen Wert M_i und eine Standardabweichung σ_i (Grad der Ungleichförmigkeit der Referenzdaten) der Zustandsgrößen X₁₁ X_uv. Die Anzahl der Gegenstände (die Anzahl der Zustandsgrößen, ganze Zahl) wird von dem Wert i ausgedrückt. Hier wird der Wert i auf eins bis zum Wert von „u“ festgelegt und drückt einen Wert aus, der den Zustandsgrößen X₁ bis X_u entspricht. Hier ist die Standardabweichung eine positive Quadratwurzel eines erwarteten Werts eines Quadrats einer Differenz zwischen der Zustandsgröße und dem Mittelwert.
[Math. 5] $M_{i} = \frac{1}{v} \sum_{j = 1}^{v} X_{i j}$

[Math. 6] $σ_{i} = \sqrt{\frac{1}{v - 1} \sum_{j = 1}^{v} {(X_{i j} - M_{i})}^{2}}$
Der Mittelwert M_i und die Standardabweichung σ_i sind die Zustandsgrößen, die Kennzeichen angeben. Die Überwachungsvorrichtung 100 wandelt mit untenstehendem Ausdruck (7) die Zustandsgrößen X₁₁ bis X_UV in normierte Zustandsgrößen x₁₁ bis X_uv um, unter Verwendung des durchschnittlichen Werts M_i und der Standardabweichung σ_i, die errechnet werden. Das heißt, eine Abnormalitätsüberwachungsvorrichtung 10 wandelt die Zustandsgröße X_ij der Gasturbine T in eine Zufallsvariable X_ij um, wenn ein Durchschnitt von null und eine Standardabweichung von eins gegeben sind. Es gilt zu beachten, dass in dem untenstehenden Ausdruck (7) der Wert j ein beliebiger Wert (ganze Zahl) von eins bis zu dem Wert von „v“ ist. Das heißt, der Wert von „v“ entspricht der Anzahl von Zustandsgrößen für jeden Gegenstand.
[Math. 7] $x_{i j} = \frac{X_{i j} - M_{i}}{σ_{i}}$
Um eine Analyse mit den Daten durchzuführen, bei denen Zufallsvariablen normiert werden, um den Durchschnitt von Null und die Varianz von eins zu erhalten, spezifiziert die Überwachungsvorrichtung 100 eine Korrelation der Zustandsgrößen X₁₁ bis X_uv. Das heißt, die Überwachungsvorrichtung 100 definiert eine Kovarianzmatrix (Korrelationsmatrix) R, die eine Beziehung zwischen den Varianzen und einer inversen Matrix R^-1 der Kovarianzmatrix (Korrelationsmatrix) in dem untenstehenden Ausdruck (8) angibt. Es gilt zu beachten, dass in dem untenstehenden Ausdruck (8) ein Wert von „k“ die Anzahl von Gegenständen (die Anzahl von Zustandsgrößen) ist. Das heißt, der Wert von „k“ und der Wert von „u“ sind einander gleich. Ferner sind der Wert von „i“ und ein Wert von „p“ Werte für jede Zustandsgröße, und sind hier Werte ab eins bis zu dem Wert von „u“.
[Math. 8] $\begin{array}{l} R = (\begin{matrix} 1 & r_{12} & \dots & r_{1 k} \\ r_{21} & 1 & \dots & r_{2k} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ r_{k1} & r_{k2} & \dots & 1 \end{matrix}) \\ R^{- 1} = (\begin{matrix} a_{11} & a_{12} & \dots & a_{1 k} \\ a_{21} & a_{22} & \dots & a_{2 k} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ a_{k1} & a_{k2} & \dots & a_{kk} \end{matrix}) = {(\begin{matrix} 1 & r_{12} & \dots & r_{1 k} \\ r_{21} & 1 & \dots & r_{2k} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ r_{k1} & r_{k2} & \dots & 1 \end{matrix})}^{- 1} \\ r_{ip} = r_{pi} = \frac{1}{V} \sum_{j = 1}^{v} X_{ij} X_{pj} \end{array}$
Nach der Errechnungsverarbeitung wie obenstehend beschrieben erhält die Überwachungsvorrichtung 100 den Mahalanobis-Abstand D, der die Zustandsgröße ist, die auf Grundlage des nachstehenden Ausdrucks (9) ein Kennzeichen angibt. Es gilt zu beachten, dass in dem untenstehenden Ausdruck (9) der Wert von „j“ ein beliebiger Wert (ganze Zahl) ab eins bis zu dem Wert von „v“ ist. Das heißt, der Wert von „v“ entspricht der Anzahl von Zustandsgrößen für jeden Gegenstand. Ferner entspricht der Wert von „k“ der Anzahl von Gegenständen (die Anzahl von Zustandsgrößen). Das heißt, der Wert von „k“ und der Wert von „u“ sind einander gleich. Ferner sind Werte von „a₁₁“ bis „a_kk“ Koeffizienten der inversen Matrix R^-1 der Kovarianzmatrix, die in dem obenstehend beschriebenen Ausdruck (8) gezeigt ist.
[Math. 9] $\begin{array}{l} D_{j}^{2} = \frac{1}{k} (x_{ij}, x_{2j}, \dots, x_{kj}) \cdot (\begin{matrix} a_{11} & a_{12} & \dots & a_{1 k} \\ a_{21} & a_{22} & \dots & a_{2 k} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ a_{k1} & a_{k2} & \dots & a_{kk} \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} x_{1j} \\ x_{2 j} \\ ⋮ \\ x_{kj} \end{matrix}) \\ = \frac{1}{k} \sum_{i = 1}^{k} \sum_{p = 1}^{k} a_{1p} x_{ij} x_{pj} = \frac{1}{k} (x_{1j}, x_{2j}, \dots {,x}_{kj}) \cdot R^{- 1} \cdot (\begin{matrix} x_{1j} \\ x_{2 j} \\ ⋮ \\ x_{kj} \end{matrix}) \end{array}$
Der Mahalanobis-Abstand D ist das Referenzdatum. Der Mittelwert des Mahalanobis-Abstands D des Einheitsraums ist eins. In einem Zustand, in dem die Zustandsgröße der Gasturbine T normal ist, bleibt der Mahalanobis-Abstand D gleich oder annähernd kleiner als drei. Jedoch ist in einem Zustand, in dem die Zustandsgröße der Gasturbine T abnormal ist, der Wert des Mahalanobis-Abstands D annähernd größer als drei. Wie obenstehend beschrieben, weist der Mahalanobis-Abstand D eine Eigenschaft auf, dass der Wert in Übereinstimmung mit einem Abnormalitätsgrad der Zustandsgröße der Gasturbine T (Grad der Trennung von dem Einheitsraum) größer wird.
Verfahren zum Überwachen einer Gasturbine
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Überwachen der Gasturbine beschrieben, das von der Überwachungsvorrichtung 100 durchgeführt wird. 3 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen der Vorgänge der Überwachungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Während der Anlaufphase der Gasturbine T sammelt die Überwachungsvorrichtung 100 die Zustandsgrößen der Gasturbine T und veranlasst die Einheitsraumspeichereinheit 104, die Kombinationen der Zustandsgrößen zu speichern. Das heißt, die Überwachungsvorrichtung 100 assoziiert die von der Erfassungseinheit 101 erfassten Befehlswerte der Gasturbine und den von der Korrektureinheit 103 gebildeten Korrekturmesswert und zeichnet die Werte in der Einheitsraumspeichereinheit 104 auf. Nach Ablauf der Anlaufphase der Gasturbine T führt die Überwachungsvorrichtung 100 Überwachungsvorgänge, wie untenstehend beschrieben, zu einem vorbestimmten Überwachungszeitpunkt (zum Beispiel jede Stunde) durch. Der Überwachungszeitpunkt ist ein Beispiel eines bestimmten Zeitpunkts nach der Anlaufphase, der der Zeitpunkt nach Ablauf der vorbestimmten Anlaufphase ab dem Betriebsbeginnzeitpunkt der Gasturbine T ist.
Wenn die Überwachungsvorrichtung 100 eine Überwachung beginnt, erfasst die Erfassungseinheit 101 die Sensorwerte, die von den Sensoren erfasst werden, die der Gasturbine T bereitgestellt werden, und die Befehlswerte der Gasturbine T (Schritt S1).
Nachfolgend berechnet die Kennwertberechnungseinheit 102 die Kennwerte der Gasturbine T auf Grundlage der Sensorwerte, die von der Erfassungseinheit 101 erfasst werden (Schritt S2). Nachfolgend korrigiert die Korrektureinheit 103 die Sensorwerte und die Kennwerte auf Grundlage der thermischen Gleichgewichtsberechnungen der Gasturbine T und erhält den Korrekturmesswert (Schritt S3).
Nachfolgend berechnet die Abstandsberechnungseinheit 105 den Mahalanobis-Abstand auf Grundlage des von der Einheitsraumspeichereinheit 104 gespeicherten Einheitsraums mit den Faktoren der Sensorwerte und der in Schritt S1 erfassten Befehlswerte, den in Schritt S2 berechneten Kennwerten und dem in Schritt S3 erhaltenen Korrekturmesswert (Schritt S4). Nachfolgend bestimmt die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, ob der berechnete Mahalanobis-Abstand gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist (Schritt S5).
Wenn der Mahalanobis-Abstand kleiner als der Schwellenwert ist (NEIN in Schritt SS), bestimmt die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, dass keine Abnormalität an der Gasturbine T auftritt. Die Überwachungsvorrichtung beendet die Überwachungsverarbeitung und wartet auf den nächsten Überwachungszeitpunkt.
Wenn im Gegensatz dazu der Mahalanobis-Abstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist (JA in Schritt S5), bestimmt die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, dass eine Abnormalität an der Gasturbine T auftritt.
Wenn die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106 bestimmt, dass die Abnormalität an der Gasturbine T auftritt, berechnet die SN-Verhältnisberechnungseinheit 107 das SN-Verhältnis in dem Taguchi-Verfahren für jeden der in Schritt S1 erfassten Befehlswerte und den in Schritt S3 erhaltenen Korrekturmesswert (Schritt S6). Die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108 berechnet auf Grundlage des berechneten SN-Verhältnisses (Schritt S7) die Auftrittswahrscheinlichkeit für jedes der Mehrzahl von Phänomenen, die an der Gasturbine T auftreten können.
Nachfolgend multipliziert die Schätzeinheit 110 die Vektoren, die die Auftrittswahrscheinlichkeiten der jeweiligen Phänomene, die von der Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108 berechnet werden, aufweisen, als Elemente und die Matrix mit den Werten der Tabelle, die von der Tabellenspeichereinheit 109 gespeichert werden, als Elemente. Auf diese Weise erhält die Schätzeinheit 110 die Vektoren mit den Wahrscheinlichkeiten der Auftrittsursachen der Abnormalitäten als Elemente (Schritt S8). Nachfolgend sortiert die Schätzeinheit 110 die Auftrittsursachen in der absteigenden Reihenfolge der Wahrscheinlichkeiten, die von den erhaltenen Vektoren angezeigt werden (Schritt S9). Anschließend gibt die Ausgabeeinheit 111 die Information aus, die die von der Schätzeinheit 110 geschätzten Auftrittsursachen in der sortierten Reihenfolge angibt (Schritt S10). Zum Beispiel gibt die Ausgabeeinheit 111 ein Signal zum Anzeigen der Auftrittsursache mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auf einem Anzeigebildschirm aus. Wenn ein Anzeigebefehl für die nächste Auftrittsursache durch eine Steuerung von einem Benutzer empfangen wird, gibt die Ausgabeeinheit 111 ein Signal zum Anzeigen der Auftrittsursache mit der zweithöchsten Wahrscheinlichkeit auf dem Anzeigebildschirm aus. Ferner gibt die Ausgabeeinheit 111 zum Beispiel ein Signal zum Drucken einer Liste des Auftretens in der absteigenden Reihenfolge der Wahrscheinlichkeiten auf einem Bogen aus.
Betriebsbedingte Wirkungen
Wie obenstehend beschrieben, werden gemäß der ersten Ausführungsform die Messwerte, einschließlich der Temperaturen und der Durchflussraten der Luft und des Kraftstoffs, die in die Gasturbine T eingegeben werden, und die Temperatur und die Durchflussrate der Abluft, die von der Gasturbine T ausgegeben wird, von den thermischen Gleichgewichtsberechnungen korrigiert. Auf diese Weise berechnet die Überwachungsvorrichtung 100 die Mahalanobis-Richtung.
Damit kann die Überwachungsvorrichtung 100 den Mahalanobis-Abstand berechnen, während Messfehler der Sensoren, die der Gasturbine T bereitgestellt werden, unterdrückt werden.
Ferner berechnet gemäß der ersten Ausführungsform die Überwachungsvorrichtung 100 den Mahalanobis-Abstand mit den Faktoren der Messwerte, die zu dem Zeitpunkt nach dem Anlaufen erfasst wurden, der der Zeitpunkt nach Ablauf der vorbestimmten Anlaufphase von dem Betriebsbeginnzeitpunkt der Gasturbine T ist, und mit dem Einheitsraum der während der Anlaufphase erfassten Messwerte. Das heißt, die Überwachungsvorrichtung 100 berechnet den Mahalanobis-Abstand, wobei der Einheitsraum in dem normalen Betriebszustand der Gasturbine T seinerseits ein zu überwachender Gegenstand ist. Im Stand der Technik wird der Mahalanobis-Abstand auf Grundlage der Einheitsräume in einem Betriebszustand als der Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands berechnet, in dem Abbau erfolgt, aber Abnormalität nach Ablauf der Anlaufphase und in anderen Betriebszuständen der Gasturbine T nicht auftritt. Währenddessen wird gemäß der ersten Ausführungsform der Mahalanobis-Abstand auf Grundlage des Einheitsraums, ausschließlich in dem Betriebszustand der Gasturbine T, berechnet, wobei er seinerseits vor dem Auftreten des Abbaus des zu überwachenden Objekts ist. Damit kann die Überwachungsvorrichtung 100 die Abnormalitätsdetektion für die Gasturbine T, die das zu überwachende Objekt ist, mit hoher Genauigkeit durchführen.
Ferner ist die Anlaufphase in der ersten Ausführungsform ein Zeitraum, der ab dem letzten Zeitpunkt des Betriebsbeginnzeitpunkts in einem neuen Artikelzustand und dem Betriebsbeginnzeitpunkt nach dem Abschluss der regulären Inspektion beginnt. Das heißt, wann immer die regelmäßige Inspektion durchgeführt wird, wird der Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands aktualisiert. Auf diese Weise kann mit dem normalen Betriebszustand nach der regulären Inspektion für die Gasturbine T (der Betriebszustand in einem neuen Artikelzustand zuerst) als eine Referenz die Abnormalitätsdetektion für die Gasturbine T durchgeführt werden. In einem Fall der Raumeinheit in einem neuen Artikelzustand, das heißt, dem Betriebszustand der Gasturbine ohne Abbau, ist der Mahalanobis-Abstand relativ groß, sogar wenn der Betriebszustand der Gasturbine T nach der regulären Inspektion der normale Zustand ist. Dies liegt daran, dass der durch die Verwendung der Gasturbine T verursachte Abbau durch die regelmäßige Inspektion nur schwer vollständig entfernt werden kann. Daher wird, nach der regulären Inspektion als eine Referenz, die Abnormalitätsdetektion für die Gasturbine T mit dem normalen Betriebszustand der Gasturbine T durchgeführt. Dementsprechend kann der Betriebszustand mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Ferner berechnet gemäß der ersten Ausführungsform die Überwachungsvorrichtung 100 die Auftrittswahrscheinlichkeit für jedes der Mehrzahl von Phänomenen, die an der Gasturbine T auftreten können, und schätzt die Auftrittsursache der Abnormalität auf Grundlage der Wahrscheinlichkeit und der Tabelle zum Zeigen der Beziehung zwischen den Phänomenen und den Auftrittsursachen der Abnormalitäten. Auf diese Weise kann die Überwachungsvorrichtung 100 die Auftrittsursache der Abnormalität auf Grundlage des beobachteten Phänomens ausgeben. Es gilt zu beachten, dass die Konfigurationen in den anderen Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß den anderen Ausführungsformen kann möglicherweise die Auftrittsursache der Abnormalität nicht schätzen, und kann möglicherweise nur ausgeben, dass die Abnormalität auftritt. Ferner kann die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß den anderen Ausführungsformen möglicherweise nicht die Auftrittsursache der Abnormalität des Phänomens ausgeben und kann möglicherweise einen Benutzer über das SN-Verhältnis der Zustandsgröße oder des Phänomens informieren, das höchstwahrscheinlich aufgetreten ist.
Ferner berechnet gemäß der ersten Ausführungsform die Überwachungsvorrichtung 100 den Mahalanobis-Abstand mit den Faktoren der Messwerte, des Korrekturmesswerts und der Befehlswerte. Damit kann der Zustand der Gasturbine T auf geeignete Weise bewertet werden, sogar wenn das Gleichgewicht zwischen der Wärmeeingabe und der Wärmeausgabe zum Beispiel aufgrund des Abbaus der Gasturbine T kollabiert. Es gilt zu beachten, dass die Konfigurationen in den anderen Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Zum Beispiel kann die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß den anderen Ausführungsformen den Mahalanobis-Abstand mit dem Faktor des Korrekturmesswerts und ohne die Faktoren der Messwerte berechnen. Ferner kann die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß den anderen Ausführungsformen den Mahalanobis-Abstand ohne die Faktoren der Befehlswerte berechnen.
Zweite Ausführungsform
Nun wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform ist konfiguriert, um einen Abbauzustand der Gasturbine T nach der regulären Inspektion zu überwachen.
Konfiguration
Es wird die Konfiguration der Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration der Überwachungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
Die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, die SN-Verhältnisberechnungseinheit 107, die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108, die Tabellenspeichereinheit 109, die die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform sind, und eine Abbauschätzeinheit 112 anstelle der Abschätzeinheit 110.
Die Abbauschätzeinheit 112 schätzt einen Abbaugrad auf Grundlage des Mahalanobis-Abstands, der von der Abstandsberechnungseinheit 105 berechnet wird. Insbesondere schätzt die Abbauschätzeinheit 112, dass Abbau stärker fortschreitet, wenn der Mahalanobis-Abstand größer wird.
Zum Beispiel schätzt die Abbauschätzeinheit 112, dass der Abbau „abwesend“ ist, wenn der Mahalanobis-Abstand kleiner als 1,5 ist. Die Abbauschätzeinheit 112 schätzt, dass der Abbau „klein“ ist, wenn der Mahalanobis-Abstand gleich und größer als 1,5 und kleiner als 2,5 ist. Die Abbauschätzeinheit 112 schätzt, dass der Abbau „mittel“ ist, wenn der Mahalanobis-Abstand gleich und größer als 2,5 und kleiner als 3,5 ist. Die Abbauschätzeinheit 112 schätzt, dass der Abbau „groß“ ist, wenn der Mahalanobis-Abstand gleich oder größer als 3,5 ist.
In der zweiten Ausführungsform speichert die Einheitsraumspeichereinheit 104 die Kombinationen des Korrekturmesswerts und der Befehlswerte der Gasturbine T, die während der Anlaufphase der Gasturbine T in einem neuen Artikelzustand erfasst werden (zum Beispiel während des Zeitraums von zwei Wochen ab dem Betriebsbeginnzeitpunkt der Gasturbine T in einem neuen Artikelzustand) als Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands.
Verfahren zur Überwachung einer Gasturbine
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Überwachen der Gasturbine beschrieben, das von der Überwachungsvorrichtung 100 durchgeführt wird. 5 ist ein Fließschema zum Veranschaulichen der Vorgänge der Überwachungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Während der Anlaufphase der Gasturbine T in einem neuen Artikelzustand sammelt die Überwachungsvorrichtung 100 die Zustandsgrößen der Gasturbine T und veranlasst die Einheitsraumspeichereinheit 104, die Kombinationen der Zustandsgrößen zu speichern. Das heißt, die Überwachungsvorrichtung 100 assoziiert die von der Erfassungseinheit 101 erfassten Befehlswerte der Gasturbine und den von der Korrektureinheit 103 gebildeten Korrekturmesswert und zeichnet die Werte in der Einheitsraumspeichereinheit 104 auf. Die Überwachungsvorrichtung 100 führt Überwachungsvorgänge, wie untenstehend beschrieben, zu einem Zeitpunkt während einer vorbestimmten Zeitdauer (beispielsweise zwei Wochen) aus, beginnend von dem Betriebsbeginnzeitpunkt der Gasturbine T nach dem Abschluss der regulären Inspektion.
Wenn die Überwachungsvorrichtung 100 zu überwachen beginnt, erfasst die Erfassungseinheit 101 die Sensorwerte, die von den Sensoren erfasst werden, die der Gasturbine T bereitgestellt werden, und die Befehlswerte der Gasturbine T (Schritt S101). Nachfolgend berechnet die Kennwertberechnungseinheit 102 die Kennwerte der Gasturbine T auf Grundlage der Sensorwerte, die von der Erfassungseinheit 101 erfasst werden (Schritt S102). Nachfolgend korrigiert die Korrektureinheit 103 die Sensorwerte und die Kennwerte auf Grundlage der thermischen Gleichgewichtsberechnungen der Gasturbine T und erhält den Korrekturmesswert (Schritt S103).
Nachfolgend berechnet die Abstandsberechnungseinheit 105 den Mahalanobis-Abstand auf Grundlage des von der Einheitsraumspeichereinheit 104 gespeicherten Einheitsraums mit den Faktoren der in Schritt S101 erfassten Befehlswerte und dem in Schritt S103 erhaltenen Korrekturmesswert (Schritt S104). Nachfolgend schätzt die Abbauschätzeinheit 112 den Abbaugrad auf Grundlage des berechneten Mahalanobis-Abstands (Schritt S105). Anschließend gibt die Ausgabeeinheit 111 den Abbaugrad aus, der von der Abbauschätzeinheit 112 geschätzt wird (Schritt S106).
Betriebsbedingte Wirkungen
Wie obenstehend beschrieben, berechnet die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform den Mahalanobis-Abstand mit den Zustandsgrößen während der Anlaufphase, beginnend mit dem Betriebsbeginnzeitpunkt der Gasturbine T in einem neuen Artikelzustand als der Einheitsraum und mit den Faktoren der Zustandsgrößen nach dem Betriebsbeginnzeitpunkt der Gasturbine T nach der regulären Inspektion. Damit kann die Überwachungsvorrichtung 100 den Abbaugrad der Gasturbine T, der durch die regelmäßige Inspektion wiederhergestellt wird, durch einen Vergleich mit dem neuen Artikelzustand schätzen.
Es gilt zu beachten, dass die Einheitsraumspeichereinheit 104 in der zweiten Ausführungsform die während der Anlaufphase der Gasturbine T in einem neuen Artikelzustand erfassten Zustandsgrößen als den Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands speichert, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann die Einheitsraumspeichereinheit 104 in den anderen Ausführungsformen Leistungsvorhersagewerte speichern, die durch eine Simulation unter Verwendung eines physikalischen Modells der Gasturbine T als den Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands erhalten werden.
Dritte Ausführungsform
Nun wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform berechnet den Mahalanobis-Abstand durch Normieren des Korrekturmesswerts, der von der Korrektureinheit 103 auf Grundlage von atmosphärischen Bedingungen gebildet wird.
Es wird die Konfiguration der Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration der Überwachungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
Die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform beinhaltet zusätzlich zu der Konfiguration in der ersten Ausführungsform ferner eine Normierungseinheit 113.
Die Normierungseinheit 113 normiert den Korrekturmesswert, der von der Korrektureinheit 103 gebildet wird, unter Verwendung der atmosphärischen Bedingungen (atmosphärischer Druck, atmosphärische Temperatur, atmosphärische Luftfeuchtigkeit und dergleichen) unter den Sensorwerten, die von der Erfassungseinheit 101 erfasst werden, zu Werten, die den normalen atmosphärischen Bedingungen entsprechen. Das heißt, die Erfassungseinheit 101 ist ein Beispiel einer Atmosphärenbedingungserfassungseinheit zum Erfassen der atmosphärischen Bedingungen. Da der Korrekturmesswert ein zu normierendes Objekt ist, gibt es beispielhaft elektrische Ausgabeleistung, Wärmeverbrauchsrate, Abluftströmungsrate, Aufnahmeluftströmungsrate, Abluftenergie und Ablufttemperatur.
Insbesondere speichert die Normierungseinheit 113 Funktionen, die Beziehungen zwischen den atmosphärischen Bedingungen und den Koeffizienten (Normierungskoeffizienten) für die Normierung im Voraus angeben, und ersetzt die atmosphärischen Bedingungen in den Funktionen. Auf diese Weise spezifiziert die Normierung die Normierungskoeffizienten für die normalen atmosphärischen Bedingungen. Anschließend spezifiziert die Normierungseinheit 113 den Korrekturmesswert, der normiert wird, indem der Korrekturmesswert mit den Normierungskoeffizienten multipliziert wird.
Hier wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Erhalten der Funktionen beschrieben, die die Beziehungen zwischen den atmosphärischen Bedingungen und den Normierungskoeffizienten angeben. Die Messwerte werden im Voraus berechnet, indem die Variablen für die atmosphärischen Bedingungen in vorbestimmten Bereichen durch Verwendung des physikalischen Modells der Gasturbine T. geändert werden. Auf diese Weise können Kurven erhalten werden, die die Beziehungen zwischen den Variablen und den Normierungskoeffizienten angeben. Ferner werden variable Funktionsausdrücke für die Normierungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Mehrzahl von Variablen für die atmosphärischen Bedingungen gebildet. In diesem Fall wird der Ausdruck, der die Beziehung zwischen der Variablen und dem Normierungskoeffizienten angibt, für jede Variable durch Ändern, eine nach der anderen, der Variablen für die atmosphärischen Bedingungen erhalten. Die Domänen der Funktionen, die die Beziehungen zwischen den atmosphärischen Bedingungen und den Normierungskoeffizienten in der dritten Ausführungsform angeben, sind Bereiche, die auf Grundlage des normalen Zustands oder vorgesehenen Referenzbedingungen der Gasturbine T geschätzt werden. 7 ist eine Graphik zum Zeigen eines Beispiels einer Funktion, die eine Beziehung zwischen der atmosphärischen Bedingung und dem Normierungskoeffizienten angibt. Mit der vorgenannten Prozedur können die wie in 7 gezeigten Funktionen, die die atmosphärischen Bedingungen und die Normierungskoeffizienten angeben, erhalten werden.
Die Abstandsberechnungseinheit 105 in der dritten Ausführungsform berechnet den Mahalanobis-Abstand mit den Faktoren der von der Erfassungseinheit 101 erfassten Befehlswerte und dem von der Normierungseinheit 113 normierten Korrekturmesswert. Auf diese Weise kann gemäß der dritten Ausführungsform der Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands durch Normieren des Korrekturmesswerts mit den atmosphärischen Bedingungen vereinfacht werden. Entsprechend kann die Abnormalitätsbestimmung, die von der Abnormalitätsbestimmungseinheit 106 durchgeführt wird, in der Genauigkeit verbessert werden. Zum Beispiel ist eine Beziehung zwischen dem atmosphärischen Druck und der Durchflussrate nicht linear. Somit normiert die Normierungseinheit 113 die Durchflussrate mit der Bedingung des normalen atmosphärischen Drucks, sodass die Linearität des Mahalanobis-Abstands verbessert werden kann.
Es gilt zu beachten, dass die Normierungseinheit 113 in der dritten Ausführungsform den Korrekturmesswert normiert, durch den die Korrektureinheit 103 die Korrektur durchführt, aber nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann die Normierungseinheit 113 in den anderen Ausführungsformen die von der Erfassungseinheit 101 erfassten Sensorwerte auf die Werte normieren, die die atmosphärischen Bedingungen angeben. In diesem Fall berechnet die Kennwertberechnungseinheit 102 die Kennwerte unter Verwendung der Sensorwerte, die normiert sind, und die Korrektureinheit 103 berechnet den Korrekturmesswert unter Verwendung der Sensorwerte, die normiert sind, und der Kennwerte.
Ferner kann die Normierungseinheit 113 in den anderen Ausführungsformen den Korrekturmesswert oder die Messwerte unter Verwendung von einem oder zwei des atmosphärischen Drucks, der atmosphärischen Temperatur und der atmosphärischen Luftfeuchtigkeit normieren.
Es gilt zu beachten, dass in den anderen Ausführungsformen, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, die Überwachungsvorrichtung 100, die die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, die SN-Verhältnisberechnungseinheit 107, die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108, die Tabellenspeichereinheit 109 und die Abbauschätzeinheit 112 anstelle der Abschätzeinheit 110 beinhaltet, ferner die Normierungseinheit 113 beinhalten kann.
Vierte Ausführungsform
Nun wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine detaillierte Beschreibung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform bestimmt auf Grundlage der Messwerte, ob der Mahalanobis-Abstand berechnet wird.
Es wird die Konfiguration der Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben. 8 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration der Überwachungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.
Die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform beinhaltet zusätzlich zu der Konfiguration in der ersten Ausführungsform ferner eine Linearitätsbestimmungseinheit 114.
Für einen Sensorwert T, der die Temperatur unter den von der Erfassungseinheit 101 erfassten Sensorwerten angibt, bestimmt die Linearitätsbestimmungseinheit 114, ob der Sensorwert T in einen Bereich von dem Minimalwert des Sensorwerts T zu dem Maximalwert des Sensorwerts T, die von der Einheitsraumspeichereinheit 104 gespeichert werden, fällt. Auf diese Weise bestimmt die Linearitätsbestimmungseinheit 114, wenn der Mahalanobis-Abstand auf Grundlage des erfassten Sensorwerts berechnet wird, ob die Linearität in der Beziehung zwischen der Temperatur und der Ausgabe in dem Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands gehalten wird.
Wenn die Linearitätsbestimmungseinheit 114 bestimmt, dass der Sensorwert in den Bereich des in der Einheitsraumspeichereinheit 104 gespeicherten Sensorwerts fällt, berechnet die Abstandsberechnungseinheit 105 den Mahalanobis-Abstand auf Grundlage des Sensorwerts. Wenn die Linearitätsbestimmungseinheit 114 dagegen bestimmt, dass der Sensorwert nicht innerhalb des Bereichs des in der Einheitsraumspeichereinheit 104 gespeicherten Sensorwerts liegt, berechnet die Abstandsberechnungseinheit 105 den Mahalanobis-Abstand nicht, sondern berechnet den Mahalanobis-Abstand später (zum Beispiel nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit).
Auf diese Weise berechnet die Überwachungsvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform den Mahalanobis-Abstand nicht, wenn die Linearität in der Beziehung zwischen der Temperatur und der Ausgabe weniger wahrscheinlich beibehalten wird. Entsprechend kann eine Fehlerhafte Bestimmung von der Abnormalitätsbestimmungseinheit 106 verhindert werden.
Es gilt zu beachten, dass in den anderen Ausführungsformen, ähnlich der zweiten Ausführungsform, die Überwachungsvorrichtung 100, die die Abnormalitätsbestimmungseinheit 106, die SN-Verhältnisberechnungseinheit 107, die Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit 108, die Tabellenspeichereinheit 109 und die Abbauschätzeinheit 112 anstelle der Abschätzeinheit 110 beinhaltet, ferner die Linearitätsbestimmungseinheit 114 enthalten kann.
Mit Bezug auf die Zeichnungen wird die obenstehende Ausführungsform detailliert beschrieben. Jedoch ist die spezifische Konfiguration nicht auf die eine obenstehend beschriebene beschränkt, und verschiedene Gestaltungsänderungen und dergleichen können vorgenommen werden. Zum Beispiel ist das Vorrichtungsobjekt in den vorgenannten Ausführungsformen die Gasturbine T, ist jedoch in den anderen Ausführungsformen nicht beschränkt. Zum Beispiel kann das Vorrichtungsobjekt in den anderen Ausführungsformen eine Dampfturbine, ein Motor und andere Vorrichtungen mit Wärmeeingabe und Wärmeausgabe sein.
9 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration eines Computers in mindestens einer der Ausführungsformen.
Ein Computer 900 beinhaltet einen Prozessor 901, eine Hauptspeichervorrichtung 902, eine Hilfsspeichervorrichtung 903 und eine Schnittstelle 904.
Die obenstehend beschriebene Überwachungsvorrichtung 100 beinhaltet den Computer 900. Ferner werden die Vorgänge der jeweiligen Verarbeitungseinheiten, die obenstehend beschrieben sind, in Form eines Programms in der Hilfsspeichervorrichtung 903 gespeichert. Der Prozessor 901 liest das Programm aus der Hilfsspeichervorrichtung 903, entwickelt das Programm in der Hauptspeichervorrichtung 902 und führt die vorgenannte Verarbeitung gemäß dem Programm aus. Ferner sichert der Prozessor 901 Speicherbereiche entsprechend den jeweiligen Speichereinheiten, die obenstehend in der Hauptspeichervorrichtung 902 beschrieben sind, in Übereinstimmung dem Programm.
Es ist zu beachten, dass in mindestens einer der Ausführungsformen die Hilfsspeichervorrichtung 903 ein Beispiel eines nicht-temporären, konkreten Mediums ist. Als andere nicht-temporäre, konkrete Medien gibt es beispielsweise eine Magnetplatte, eine magnetooptische Platte, eine Laserplatte und einen Halbleiterspeicher, die durch die Schnittstelle 904 anzuschließen sind. Ferner, wenn das Programm über eine Datenübertragungsleitung an den Computer 900 verteilt wird, kann der Computer 900, der die Verteilung empfängt, das Programm in der Hauptspeichervorrichtung 902 entwickeln und das vorgenannte Verarbeiten ausführen.
Zudem kann das Programm manche der obenstehend beschriebenen Funktionen verwirklichen.
Zusätzlich kann das Programm die obenstehend beschriebenen Funktionen in Kombination mit anderen Programmen, die bereits in der Hilfsspeichervorrichtung 903 gespeichert sind, verwirklichen, das heißt, es kann sich um Differentialdateien (Differentialprogramme) handeln.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß mindestens einem Modus der vorgenannten Modi führt die Überwachungsvorrichtung die thermischen Gleichgewichtsberechnungen und die Korrektur für die Messwerte durch, wodurch sie in der Lage ist, einen Fehler, der in den Messwerten beinhaltet ist, zu unterdrücken. Damit kann die Überwachungsvorrichtung den Mahalanobis-Abstand berechnen, während der Einfluss des Fehlers unterdrückt wird, der in den Messwerten beinhaltet ist.
Bezugszeichenliste

100: Überwachungsvorrichtung
101: Erfassungseinheit
102: Kennwertberechnungseinheit
103: Korrektureinheit
104: Einheitsraumspeichereinheit
105: Abstandsberechnungseinheit
106: Abnormalitätsbestimmungseinheit
107: SN-Verhältnisberechnungseinheit
108: Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit
109: Tabellenspeichereinheit
110: Schätzeinheit
111: Ausgabeeinheit
112: Abbauschätzeinheit
T: Gasturbine

Claims

Überwachungsvorrichtung, umfassend: eine Erfassungseinheit (101), die konfiguriert ist, Messwerte zu erfassen, die Messwerte einer Zielvorrichtung sind, wobei die Messwerte mindestens eine Temperatur und eine Durchflussrate eines Eingabefluids beinhalten, das in die Zielvorrichtung einzugeben ist, und eine Temperatur und eine Durchflussrate eines Ausgabefluids, das von der Zielvorrichtung auszugeben ist; eine Korrektureinheit (103), die konfiguriert ist, um einen Korrekturmesswert zu erhalten, durch den die Messwerte durch thermische Gleichgewichtsberechnungen auf Grundlage der Messwerte korrigiert werden; und eine Abstandsberechnungseinheit (105), die konfiguriert ist, um einen Mahalanobis-Abstand mit einem Faktor des Korrekturmesswerts zu berechnen.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Atmosphärenbedingungserfassungseinheit (101), die konfiguriert ist, um eine atmosphärische Bedingung zu erfassen, die mindestens eines von einem atmosphärischen Druck, einer atmosphärischen Temperatur und einer atmosphärischen Luftfeuchtigkeit beinhaltet; und eine Normierungseinheit (113), die konfiguriert ist, um die Korrekturmesswerte auf Werte unter einer normalen atmosphärischen Bedingung unter Verwendung der erfassten atmosphärischen Bedingung zu normieren, wobei die Abstandsberechnungseinheit (105) den Mahalanobis-Abstand auf Grundlage der Korrekturmesswerte, die normiert sind, berechnet.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner umfassend: eine Wahrscheinlichkeitsberechnungseinheit (108), die konfiguriert ist, um eine Auftrittswahrscheinlichkeit für jedes einer Mehrzahl von Phänomenen zu berechnen, die an der Zielvorrichtung auf Grundlage der Korrekturmesswerte auftreten können; eine Tabellenspeichereinheit (109), die konfiguriert ist, um eine Tabelle zu speichern, in der die Mehrzahl von Phänomenen und Auftrittsursachen von Abnormalitäten der Zielvorrichtung miteinander assoziiert sind; und eine Schätzeinheit (110), die konfiguriert ist, um die Auftrittsursachen auf Grundlage der Auftrittswahrscheinlichkeit und der Tabelle abzuschätzen.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Linearitätsbestimmungseinheit, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob ein Messwert, der unter den von der Erfassungseinheit erfassten Messwerten eine Temperatur angibt, in einen Bereich von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert eines eine Temperatur angebenden Messwerts fällt, der einen Einheitsraum des Mahalanobis-Abstands bildet, wobei die Abstandsberechnungseinheit (105) daran gehindert wird, den Mahalanobis-Abstand auf Grundlage der Korrekturmesswerte zu berechnen, wenn die Linearitätsbestimmungseinheit bestimmt, dass der Messwert außerhalb des Bereichs von dem Minimalwert bis zu dem Maximalwert des Messwertes liegt, der die Temperatur in dem Einheitsraum angibt.
Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erfassungseinheit (101) die Messwerte zu einem Zeitpunkt nach einem Anlaufen erfasst, der ein Zeitpunkt nach Ablauf einer vorbestimmten Anlaufphase, beginnend ab einem Betriebsbeginnzeitpunkt der Zielvorrichtung, ist, und die Abstandsberechnungseinheit (105) den Mahalanobis-Abstand auf Grundlage der Korrekturmesswerte, die von der Korrektureinheit (103) erfasst werden, berechnet, wobei der Einheitsraum unter Verwendung von Messwerten zu einem Zeitpunkt während der vorbestimmten Anlaufphase gebildet wird.
Verfahren zum Überwachen einer Zielvorrichtung, umfassend die Schritte: Erfassen von Messwerten, die Messwerte einer Zielvorrichtung sind, wobei die Messwerte mindestens eine Temperatur und eine Durchflussrate eines Eingabefluids beinhalten, das in die Zielvorrichtung einzugeben ist, und eine Temperatur und eine Durchflussrate eines Ausgabefluids, das von der Zielvorrichtung auszugeben ist; Erhalten eines Korrekturmesswerts, durch den die Messwerte durch thermische Gleichgewichtsberechnungen auf Grundlage der Messwerte korrigiert werden; und Berechnen eines Mahalanobis-Abstands mit einem Faktor des Korrekturmesswerts.
Verfahren zum Überwachen einer Zielvorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend die Schritte: Erfassen einer atmosphärischen Bedingung, die mindestens eines von einem atmosphärischen Druck und einer atmosphärischen Luftfeuchtigkeit beinhaltet; und Normieren der Korrekturmesswerte auf Werte unter einer normalen atmosphärischen Bedingung unter Verwendung der erfassten atmosphärischen Bedingung, wobei der Mahalanobis-Abstand auf Grundlage der Korrekturmesswerte, die normiert sind, berechnet wird.
Programm, das einen Computer veranlasst das Verfahren nach Anspruch 6 auszuführen.