JP2002533844A - 高度な処理能力をもつ電子装置での統計的分析方法 - Google Patents

高度な処理能力をもつ電子装置での統計的分析方法

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JP2002533844A
JP2002533844A JP2000591542A JP2000591542A JP2002533844A JP 2002533844 A JP2002533844 A JP 2002533844A JP 2000591542 A JP2000591542 A JP 2000591542A JP 2000591542 A JP2000591542 A JP 2000591542A JP 2002533844 A JP2002533844 A JP 2002533844A
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アンダーセン，ボー・エル
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General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】 高度な処理能力をもつ電子装置にデータの削減と分析を行う統計分析アルゴリズムを提供する。高度な処理能力をもつ電子装置は、マイクロ制御部とそれに関係するメモリを備える。高度な処理能力をもつ電子装置のメモリに格納されたアルゴリズム（プログラム）は、周知の統計的技法や数値的技法を使って、計測されたか、もしくは、計算された電気的パラメータの実時間データを処理する。このアルゴリズムでは、観測されたデータが統計値から統計的に有意な量外れていることを認識すると、事象や警報を発する。”生の”不処理で潜在的に有意でないデータとは逆に、価値のあるユーザ情報だけを、ユーザが介入する可能性があり容量制限のあるネットワークに送ることができる。これにより、ネットワーク容量を節約し、また、ユーザに対してさらなる分析や介入を必要とする有意な事象を自動的に通知することを確実にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、例えば、電子的遮断装置、保護用リレー、回路ブレーカ
、電力計、電力品質計、電力監視器、電力分析器、モータ制御センタのコントロ
ーラ並びにリレー、プログラマブルロジックコントローラ、プログラマブルロジ
ックコントローラＩ／Ｏ、ループコントローラ等の高度な処理能力をもつ電子装
置（ＩＥＤ）に関する。具体的には、本発明は、データの削減と分析のために高
度な処理能力をもつ電子装置に統計的分析技法を適用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子的遮断装置、保護用リレー、回路ブレーカ、電力計、電力品質計
、電力監視器、電力分析器、計器制御中央コントローラとリレー、プログラマブ
ルロジックコントローラ、プログラマブルロジックコントローラＩ／Ｏ、ループ
コントローラ等の高度な処理能力をもつ電子装置は周知のものである。これらの
装置では、電力、温度、電力品質、電子的パラメータ、装置状態等の計測パラメ
ータや計算されたパラメータに関する数百個のレジスタに実時間情報を格納する
。この情報は、ネットワークを介して集中管理部、即ち、プロセッサに周期的に
しばしば送信される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この情報はデータ量が大きいため分析が困難である。また、も
し、このデータを送信するためのサンプリング周波数が十分に高くなければ、即
ち、細かい「粒状」(glanular)でなければ、ピーク状態を取り込み損なう可能性
がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
従って、データの削減と分析を行うために高度な処理能力をもつ電子装置に統
計分析技術を適用することが望ましいと考えられる。高度な処理能力をもつ電子
装置でマイクロ制御される統計分析アルゴリズムを利用した統計分析方法を、高
度な(intelligent)処理能力をもつ電子装置に適用する。ここでは、電子遮断装
置は好適な実施形態によって説明されるが、本発明をその他の高度な処理能力を
もつ電子装置にも適用することができる。実施形態の電子遮断装置は、電力ライ
ン信号を示すアナログ信号を出力する電圧／電流センサを備える。Ａ／Ｄ（アナ
ログ／デジタル）変換器はマイクロ制御によって処理され、アナログ信号をデジ
タル信号に変換する。さらに、この遮断装置は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電子的消去／プログラマ
ブル読み出し専用メモリ）をさらに備え、それらの全てはマイクロ制御で通信す
る。ＲＯＭは、遮断装置のアプリケーション・コード、例えば、初期化パラメー
タと起動コードを含む主機能ファームウエアを備える。アプリケーション・コー
ドは、本発明の統計分析アルゴリズムのコードを含む。ＥＥＰＲＯＭは、実行パ
ラメータ、例えば、このアプリケーション・コードに対して、ユーザ選択可能な
数の（平均値に対する）標準偏差を設定するためのコードを備える。工場で、顧
客の要求に合わせて選択されたパラメータを遮断装置に格納してもよいが、遠隔
からダウンロードしてもよい。
【０００５】 本発明に係る好適な実施形態では、高度な処理能力をもつ本電子装置により測
定され或いは計算された電気的パラメータの実時間データは、周知の統計的技法
や数値的技法を用いた統計分析アルゴリズムに従って処理される。観測されたデ
ータ（値）が期待範囲から統計的にかなり外れていると認識されるとき、例えば
、観測された値が期待平均値よりもＮ（好適には、Ｎ＝３）個分の標準偏差だけ
大きいか小さいとき、このアルゴリズムは事象（イベント）や警報を発する。好
適な実施形態では、上記期待範囲は平均値から指定された倍数分の標準偏差（好
適には３であるが、ユーザは別の値を指定してもよい）までの範囲である。統計
分析アルゴリズムは、高度な処理能力をもつ電子装置自体で実行される。従って
、送信する必要があるのは統計的に有意な偏差だけであるため、高度な処理能力
をもつ電子装置から中央監視部に送信する必要のあるデータ量は劇的に削減され
る。データ量が少ないため、（受信コンピュータで）ユーザがこの情報を分析す
ることは難しくない。高度な処理能力をもつ電子装置自体で、時間経過に伴い測
定されたパラメータやユーザが入力したパラメータを分析することで、平均と標
準偏差を計算する。
【０００６】 さらに、統計的技法によるアルゴリズムにより、故障状態の進行を確実にかつ
正確に検出することができる。もし、データ量を適切に分析しないと、防止でき
たはずの故障状態の時間経過に伴う進行を許してしまう。これらの故障状態が深
刻となり、結局、大きな故障事象、例えば、回路ブレーカの遮断等を引き起こす
ことがある。一旦これが発生すると、設備の動作に損傷を与えたり大きな犠牲を
伴う遅延が発生する。このアルゴリズムでは、分析されるデータ量を削減するこ
とによってこれらの故障状態の進行を早めに検出することができる。これにより
高度の処理能力を有する何百もの電子装置に大きな恩恵を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電子的遮断装置３０の一般的概要を図に示す。本発明は電子的遮
断装置に限定されることはなく、高度な処理能力をもつ一般的な電子装置向けで
あることが正しく理解されるべきである。上述の高度な処理能力をもつ電子装置
は、保護用リレー、回路ブレーカ、電力計、電力品質計、電力監視器、電力分析
器、ＭＣＣコントローラとリレー、プログラマブルロジックコントローラ、プロ
グラマブルロジックコントローラＩ／Ｏ、ループコントローラを備える。遮断装
置３０は、信号ライン３４上の電圧測定値を示すアナログ信号を出力する電圧セ
ンサ３２と、信号ライン３８上の電流測定値を示すアナログ信号を出力する電流
センサ３６とを備える。ライン３４、３８上のアナログ信号はＡ／Ｄ（アナログ
／デジタル）変換器４０に与えられて、これらのアナログ信号がデジタル信号に
変換される。デジタル信号は、バス４２を介して、例えば、日立電子コンポーネ
ント・グループから商業的に入手可能なマイクロプロセッサ（信号プロセッサ）
４４（日立製Ｈ８／３００ファミリ・マイクロプロセッサ）に送られる。遮断装
置３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４６、ＲＯＭ（読み出し専用メモ
リ）４８、ＥＥＰＲＯＭ（電子的消去／プログラマブル読み出し専用メモリ）５
０をさらに備え、マイクロプロセッサ４４は制御バス５２を介してそれらの全て
と通信する。Ａ／Ｄ変換器４０、ＲＯＭ４８、ＲＡＭ４６、または、それらの組
み合わせは周知のマイクロプロセッサ４４に内臓してもよい。ＥＥＰＲＯＭ５０
は不揮発性であるため、電源遮断、即ち、停電中でもシステム情報とプログラミ
ングが失われることはない。マイクロプロセッサ４４から制御バス５２を介して
受信した表示信号に応答して、データ、典型的には回路ブレーカの状態がディス
プレイ５４に表示される。マイクロプロセッサ４４から制御バス５２を介して受
信した制御信号に応答して、出力制御デバイス５６は、遮断モジュール５８をラ
イン６０を介して制御する。校正、テスト、プログラミング、その他の処理は、
制御バス５２を介してマイクロプロセッサ４４と通信する通信Ｉ／Ｏポート６２
を介して実行される。公共の電力源から電力が供給される電源６３は、遮断装置
３０の構成要素に、適切な電力をライン６４を介して供給する。ＲＯＭ４８は、
遮断装置のアプリケーション・コード、例えば、初期化パラメータと起動コード
を含む主機能ファームウエアを備える。アプリケーション・コードは、本発明の
統計分析アルゴリズムのコードを含む。
【０００８】 ＥＥＰＲＯＭ５０は、実行パラメータ・コード、例えば、平均値からの、ユー
ザが選択可能な数の標準偏差を設定するためのコードを備える。工場でこれらの
パラメータを遮断装置に格納してもよく、それらは顧客の要求に合うよう選択さ
れる。しかしながら、以下で述べるように、それらを遠隔からダウンロードして
もよい。統計分析アルゴリズムは実時間で実行されるが、スタートアップ時に起
動コードから処理を開始するのが好ましい。
【０００９】 統計分析アルゴリズムでは、指定された（ユーザが指定してもよい）パラメー
タの統計平均と標準偏差の複数の移動算術推定値を計算する。例えば、電流、電
圧、温度、周波数等の測定値を使ってもよい。また、例えば、電力（電圧ｘ電流
ｘ位相角）や、周囲温度に対する回路ブレーカ接点間の差分温度もしくは電力ラ
インの複数の相に渡る回路ブレーカ接点間の差分温度、各相の電圧と電流、大き
な設備をもつ高度の処理能力をもつ電子装置の修理状況等の計算データなど、を
利用してもよい。次に、実時間で測定されまたは計算されたデータが、標準偏差
と比較される。実時間のデータが、統計的に有意な量、例えば、平均値に対して
、指定された数の標準偏差（ユーザが入力してもよい）分だけ外れている場合に
逸脱事象信号を生成することで、逸脱事象発生の警報をユーザに発する。言い換
えれば、データ（観察値）が、期待平均値、即ち、公称値等の期待値範囲から統
計的に有意な量だけ逸脱していることをユーザに警告する。逸脱事象信号をＩ／
Ｏポート６２を介して中央監視部（不図示）やディスプレイ５４に送信する、即
ち、警報（不図示）を発するために使ってもよい。
【００１０】 統計分析アルゴリズムは高度な処理能力を有する電子装置自体で実行されるた
め、有意な偏差値のみを送信すればよいので、即ち、生データとは逆に価値のあ
る情報が送信されるので、送信が必要なデータ量を劇的に削減する。また、必要
ならば、不処理のデータも転送してもよい。
【００１１】 本発明に係る好適な実施形態では、電気信号のあるパラメータ（あるいは複数
のパラメータ）を連続的にサンプリングして、そのパラメータを示す複数の信号
を提供する。それらの信号は、追跡されたパラメータの移動平均値Ｍを計算する
ために使われる遮断装置３０内の一組の複数の循環バッファに連続的に格納され
る。
【００１２】
【数７】
【００１３】 の公式を使って移動平均値Ｍを計算する。ここで、ｎは格納された信号数である
。移動平均値Ｍが計算されると、公式：Ｄi＝（Ｘi−Ｍ）2を使ってＸｉの各値
の分散Ｄiを計算する。Ｄi値の組を遮断装置３０の第２の組の複数の循環バッフ
ァに格納する。次に、
【００１４】
【数８】
【００１５】 の公式によって定義される移動標準偏差値Ｓを、格納された複数の分散Ｄiの組
から計算する。これらの計算にはプロセッサを必要とするので、標準的な統計的
サンプリング手法を使って満足できる移動平均と標準偏差の推定値を求めること
ができる。
【００１６】 次に、追跡された各パラメータの各サンプリング値Ｘｉを移動標準偏差Ｓと比
較する。指定された数の標準偏差、例えば、典型的には３つ分の標準偏差（シグ
マ）境界から外れるサンプルに対しては、オペレータの注意を喚起する逸脱事象
として特別の印が付けられる。
【００１７】 幾つかの方法、即ち、（１）付属のコンピュータ（不図示）やその他の中央監
視装置（不図示）に接続されたネットワークを介して転送される逸脱事象メッセ
ージを生成する（２）遮断装置のディスプレイ５４にメッセージを表示する（３
）警笛や警告光やその他の警報（不図示）を順番に出すために使用可能なリレー
接点を閉じる方法で、逸脱事象信号（メッセージ）を送ることによって通知が可
能となる。
【００１８】 上述の境界、即ち設定値は、ＥＥＰＲＯＭ５０に格納するのが好ましく、また
、通信Ｉ／Ｏポート６２を介して所望の設定値をダウンロードすることによって
、それらを変更することができる。その装置がシステム・コンピュータ（不図示
）に直接、もしくは、電話回線を介して、あるいは、その他の適切な接続方法の
いづれか１つで接続している場合、上述のデータを遠隔からダウンロードするこ
ともこれには含まれる。また、ＥＥＰＲＯＭ５０は、上述のデータをフラッシュ
することができる周知のフラッシュメモリを備えることが望ましい。
【００１９】 統計分析アルゴリズムでは有意な偏差値のみを伝送する必要があるので、遮断
装置３０から中央監視部（不図示）に送信が必要なデータ量は劇的に削減される
。また、データ量が少ないため、この情報を分析することは至極容易である。
【００２０】 さらに、統計技法によるアルゴリズムでは、故障状態が進行して回路ブレーカ
遮断等の設備停止期間をもたらすような厳しい状態に入る以前、それを確実にか
つ正確に検出することができる。これが何百もの高度な処理能力をもつ電子装置
を含む大きな設備を監視するための大きな助けとなる。
【００２１】 好適な実施形態が示され、また、説明されたが、本発明の精神と範囲から外れ
ることなしにそれらに対して様々な変形や代替えを行うことが可能である。従っ
て、本発明は図示されて説明されたが、それに限定されるものではないことを理
解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図は、電子的遮断装置の模式的ブロック図である。

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気信号をセンスして、前記電気信号の１つのパラメータの複数
    の値を示す複数のセンス信号を提供する工程と、 前記センス信号のうちの少なくとも２つから前記パラメータの統計値を確定す
    る工程と、 前記センス信号の１つと前記統計値を比較して、前記センス信号の１つの値が
    前記統計値から統計的に有意な量だけ外れていれば逸脱事象信号を生成する工程
    とを備えることを特徴とする高度な処理能力を有する電子装置での統計分析方法
    。
  2. 【請求項２】 前記統計値は平均値を備え、また、前記統計値を確定する工程は
    、 Ｍ＝前記平均値 ｎ＝前記センス信号のうちの少なくとも２つの数 Ｘi＝前記センス信号のうちの少なくとも２つの各々の値 とすると、 【数１】 から前記平均値を計算する工程を備えることを特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記平均値から前記統計的に有意な値を確定する工程をさらに備
    え、前記統計的に有意な値を確定する工程は、Ｄiを前記値Ｘiの各々に対する前
    記分散値の各々とすると、 【数２】 から複数の分散値を計算する工程を備えることを特徴とする請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 前記統計的に有意な値を確定する工程は、Ｓ＝標準偏差値とする
    と、 【数３】 の式から前記標準偏差値を計算する工程をさらに備えることを特徴とする請求項
    ３の方法。
  5. 【請求項５】 前記統計的に有意な値は、指定された数の前記標準偏差値を備え
    ることを特徴とする請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 前記統計的に有意な値を確定する工程は、統計的にサンプリング
    する工程を備えることを特徴とする請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 前記高度な処理能力をもつ電子装置の第１のメモリに前記複数の
    センス信号を格納する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１の方法。
  8. 【請求項８】 前記高度な処理能力をもつ電子装置の第２のメモリに前記複数の
    分散値を格納する工程をさらに備えることを特徴とする請求項３の方法。
  9. 【請求項９】 前記パラメータは、計測されたパラメータ、もしくは、計算され
    たパラメータを備えることを特徴とする請求項１の方法。
  10. 【請求項１０】 前記計測されたパラメータは、温度や電流や電圧や周波数をさ
    らに備えることを特徴とする請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 前記計算されたパラメータは、電力や差分温度や修理状態や各
    相の電圧や各相の電流をさらに備えることを特徴とする請求項９の方法。
  12. 【請求項１２】 前記第１のメモリは、第１の組の複数の循環バッファをさらに
    備えることを特徴とする請求項７の方法。
  13. 【請求項１３】 前記第２のメモリは、第２の組の複数の循環バッファをさらに
    備えることを特徴とする請求項８の方法。
  14. 【請求項１４】 前記逸脱事象信号を中央監視部に送る工程をさらに備えること
    を特徴とする請求項１の方法。
  15. 【請求項１５】 電気信号をセンスして、前記電気信号の１つのパラメータの複
    数の値を示す複数のセンス信号を提供するセンサと、 前記センス信号のうちの少なくとも２つから前記パラメータの統計値を確定す
    る工程と、前記センス信号の１つと前記統計値を比較して、前記センス信号の１
    つの値が前記統計値から統計的に有意な量外れていれば逸脱事象信号を生成する
    工程を実行可能なプログラムを規定するプログラム信号を含む信号を格納するメ
    モリをもち、また、前記複数のセンス信号に応答する信号プロセッサとを備える
    ことを特徴とする高度な処理能力を有する電子装置。
  16. 【請求項１６】 前記統計値は平均値を備え、また、前記統計値を確定する工程
    は、 Ｍ＝前記平均値、 ｎ＝前記センス信号のうちの少なくとも２つの数、 Ｘi＝前記センス信号のうちの少なくとも２つの各々の値、 とすると、 【数４】 の式から前記平均値を計算する工程を備えることを特徴とする請求項１５の高度
    な処理能力を有する電子装置。
  17. 【請求項１７】 前記プログラム信号は、前記平均値から前記統計的に有意な値
    を確定する工程を実行可能なアルゴリズムをさらに規定し、前記統計的に有意な
    値を確定する工程は、 Ｄi＝前記値Ｘiの各々に対する前記分散値の各々 とすると、 【数５】 の式から複数の分散値を計算する工程を備えることを特徴とする請求項１６の高
    度な処理能力を有する電子装置。
  18. 【請求項１８】 前記統計的に有意な値を確定する工程は、 Ｓ＝標準偏差値とすると、 【数６】 の式から前記標準偏差値を計算する工程をさらに備えることを特徴とする請求項
    １７の高度な処理能力を有する電子装置。
  19. 【請求項１９】 前記統計的に有意な値は、指定された数の前記標準偏差値を備
    えることを特徴とする請求項１８の高度な処理能力を有する電子装置。
  20. 【請求項２０】 前記統計的に有意な値を確定する工程は、統計的にサンプリン
    グする工程を備えることを特徴とする請求項１５の高度な処理能力を有する電子
    装置。
  21. 【請求項２１】 前記プログラム信号は、前記高度な処理能力をもつ電子装置の
    第１のメモリに前記複数のセンス信号を格納する工程を実行可能なアルゴリズム
    をさらに規定することを特徴とする請求項１５の高度な処理能力を有する電子装
    置。
  22. 【請求項２２】 前記プログラム信号は、前記高度な処理能力をもつ電子装置の
    第２のメモリに前記複数の分散値を格納する工程を実行可能なアルゴリズムをさ
    らに規定することを特徴とする請求項１７の高度な処理能力を有する電子装置。
  23. 【請求項２３】 前記パラメータは、計測されたパラメータ、あるいは、計算さ
    れたパラメータを備えることを特徴とする請求項１５の高度な処理能力を有する
    電子装置。
  24. 【請求項２４】 前記計測されたパラメータは、温度や電流や電圧や周波数をさ
    らに備えることを特徴とする請求項２３の高度な処理能力を有する電子装置。
  25. 【請求項２５】 前記計算されたパラメータは、電力や差分温度や修理状態や各
    相の電圧や各相の電流をさらに備えることを特徴とする請求項２３の高度な処理
    能力を有する電子装置。
  26. 【請求項２６】 前記第１のメモリは、第１の組の複数の循環バッファをさらに
    備えることを特徴とする請求項２１の高度な処理能力を有する電子装置。
  27. 【請求項２７】 前記第２のメモリは、第２の組の複数の循環バッファをさらに
    備えることを特徴とする請求項２２の高度な処理能力を有する電子装置。
  28. 【請求項２８】 前記逸脱事象信号を中央監視部に送る通信ポートをさらに備え
    ることを特徴とする請求項１５の高度な処理能力を有する電子装置。
JP2000591542A 1998-12-28 1999-12-28 高度な処理能力をもつ電子装置での統計的分析方法 Pending JP2002533844A (ja)

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