JP2014194764A - パワープラントのための性能モニタリングおよび分析 - Google Patents

Abstract

【課題】パワープラントの性能モニタリングのためのシステムを提供する。
【解決手段】複数の顧客によってそれぞれ所有され、運営される複数のパワープラント２０と、モニタリングセンタ４０とを備え、顧客およびモニタリングセンタのうちの少なくとも一方は、性能異常検出、警報発信、分析および予測を自動化するように構成された複数の分析アルゴリズムを含み、さらに、複数のパワープラントのそれぞれで生成されたオンサイトモニタリング（ＯＳＭ）データをモニタリングセンタによって受信可能にするセキュアなネットワークを備える。モニタリングセンタは、複数の分析アルゴリズムに従って、それぞれのパワープラントごとのサイト固有データと一緒にＯＳＭデータを分析して傾向を導き出し、導き出された傾向によって示された変化および異常性に従って、各それぞれのパワープラントに対して措置を講じるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は、パワープラントのための性能モニタリングおよび分析に関し、より詳細には、パワープラントの顧客固有の熱性能モニタリングのための分析手法およびプロセスに関する。

パワープラントのための性能モデリングおよび分析におけるこれまでの試みは、未加工かつサイト固有の補正手法を使用することによってサイトの性能変化を追跡するよう設定された、中央制御による継続的なモニタリングシステムを含んでいた。また、オフラインツールおよびプロセスは、サイト固有性能の診断、予測、報告、ならびに継続的なモニタリングシステムのトラブルシューティングのために作成されていた。ウェブポータルが、性能モニタリング結果を顧客と通信するためのプラットフォームを提供するために確立されている。同様に、補正ベースの性能異常検出システムおよびプロセスが開発されている。

いずれのケースでも、現在のところ、リアルタイムかつ自動式に、サイト固有性能の異常の検出を自動化するために利用され得る分析（ａｎａｌｙｔｉｃｓ）は存在しない。異常を体系的にモニタし、データから性能計算まで、フリート性能に関して論点を段階的に拡大させる能力またはプロセスは存在しない。最後に、継続的に、リアルタイムの自動化された様式で、将来の性能を追跡し、傾向を示し、予測する能力は存在しない。

米国特許出願公開第２０１２／０２４５８９２号明細書

本発明の一態様によれば、パワープラントの性能モニタリングのためのシステムが提供される。本システムは、複数の顧客によってそれぞれ所有され、運営される複数のパワープラントと、モニタリングセンタとを備え、顧客およびモニタリングセンタのうちの少なくとも一方は、性能異常検出、警報発信、分析および予測を自動化するように構成された複数の分析アルゴリズムを含み、本システムはさらに、複数のパワープラントのそれぞれで生成されたオンサイトモニタリング（ＯＳＭ）データをモニタリングセンタによって受信可能にするセキュアなネットワークを備える。モニタリングセンタは、複数の分析アルゴリズムに従って、それぞれのパワープラントごとのサイト固有データと一緒にＯＳＭデータを分析して傾向を導き出し、導き出された傾向によって示された変化および異常性に従って、各それぞれのパワープラントに対して措置を講じるように構成されている。

本発明の別の態様によれば、パワープラントの性能モニタリングのためのシステムが提供され、本システムは、複数の顧客によってそれぞれ所有され、運営される複数のパワープラントと、モニタリングセンタとを備え、顧客およびモニタリングセンタのうちの少なくとも一方は、性能異常検出、警報発信、分析および予測を自動化するように構成された複数の分析アルゴリズムを含み、本システムはさらに、複数のパワープラントのそれぞれで生成されたオンサイトモニタリング（ＯＳＭ）データをモニタリングセンタによって受信可能にするセキュアなネットワークを備える。モニタリングセンタは、複数の分析アルゴリズムに従って、それぞれのパワープラントごとのサイト固有データと一緒にＯＳＭデータを分析して傾向を導き出し、導き出された傾向によって示された変化および異常性に従って、各それぞれのパワープラントに対して措置を講じるように、かつ、複数の顧客のそれぞれがＯＳＭデータおよび導き出された傾向にアクセスするのに使用される、セキュアなネットワークを介したウェブポータルのブロードキャストをサポートするように構成されている。

本発明のさらに別の態様によれば、パワープラントの性能モニタリングの方法が提供され、本方法は、複数のパワープラントのそれぞれで生成されたオンサイトモニタリング（ＯＳＭ）データをモニタリングセンタによって受信可能にするセキュアなネットワークを確立するステップと、それぞれのパワープラントごとのサイト固有データと一緒にＯＳＭデータを分析するステップと、傾向を導き出すためにモニタリングセンタまたは顧客サイトに記憶された複数の分析アルゴリズムに従って、ＯＳＭデータおよびサイト固有データの分析から傾向を導き出すステップと、モニタリングセンタにおいて、導き出された傾向によって示された変化および異常性に従って、各それぞれのパワープラントに対して措置を講じるステップとを含む。

これらの、および他の利点ならびに特徴は、図面と併用される以下の説明からより明らかになるであろう。

本発明としてみなされる本主題は、本明細書の結びにおける特許請求の範囲において、とりわけ指摘され、明白に請求される。本発明の上記の、および他の特徴ならびに利点は、添付の図面と併用される以下の詳細な説明から明らかである。

パワープラントのための性能モニタリングおよび分析システムの概略図である。 顧客サイトまたは中央ロケーションに記憶された分析アルゴリズムの概略図である。 ウェブポータルの実施形態の概略図である。 層状の低下分析の概略図である。

詳細な説明は、例として図面を参照して、利点および特徴と共に本発明の実施形態を明らかにする。

以下で提供される開示は、顧客およびサイト固有性能（ＳＳＰ：ｓｉｔｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）モニタリングと共に使用するための、分析手法およびプロセスに関する。分析には、多重分解能（ｍｕｌｔｉ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）ＳＳＰ計算、ＳＳＰトラッキング、オフライン水洗浄の有効性モニタリング、フリート比較、および視覚化が含まれる。分析は、機能横断型チームが、顧客ＳＳＰ低下をモニタし、投影し、追跡するばかりでなく、熱性能保証によるパワープラントとその個々のユニットについての特別配当および予定損害賠償金を収益化し、予測するよう支援するために利用されてよい。加えて、分析は、資産使用法ならびに保守および運営のスケジューリングの観点から、以前の補正方法と比較して相対的に高い精度による、事前対策の勧告の自動化を促進する。さらに、分析は、スマート性能モニタリング、リモート性能テスト、および保証された契約コンプライアンスによる低下ベースの保守のために、体系的な分析手法を提供する。

世界全体の発電供給業者および民間公益企業は、履歴およびリアルタイムの両方の資産データの分析を通して、資産健全性の保護および性能の維持における既得権益を有している。いくつかのケースでは、顧客の資産を保護し、業務生産性を向上させ、コストを削減するためのカスタマイズされた保守ソリューションを作成するために、発電サービス（ＰＧＳ）の契約サービス（ＣＳ：ｃｏｎｔｒａｃｔｕａｌ ｓｅｒｖｉｃｅｓ）が契約サービス協定（ＣＳＡ）を提供し、契約サービス協定は、相手先商標製造会社（ＯＥＭ：ｏｒｉｇｉｎａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ）の技術知識、リモートモニタリングおよび診断、ならびに現場サービス、部品、および修理を伴う広範なフリート管理経験を統合する。これらの契約は、通常、収益化奨励プログラム（すなわち、特別配当および予定損害賠償金）を介して保証されることになる（時間ベースの）ある一定のユニット性能要件を規定する。日常的な資産性能テストは、全体的なプラントおよびフリート最適化への体系的アプローチを可能にするために、オンサイトで行われる。通常、そのようなテストは、６カ月間隔でスケジュールされる。

性能テストチームは、ユニット固有性能の低下について、履歴データ分析および将来投影の両方に基づいて、顧客への追加的なサービス提供を監視し、制御し、生成するためのテストからデータを利用する。将来性テストからのデータがそれに対して測定される初期性能のベースラインが、それぞれの契約内で確立される。ベースラインに対する実際のテストデータにおける著しい変化の重大性および適時性は、さらなる措置を推進するための内部的な例外（たとえば、補正されたガスタービン熱消費率の著しい上昇、または補正された出力の降下）を誘発することがある。

図１および図２を参照すると、パワープラントの性能モニタリングのためのシステム１０が提供される。システム１０は、互いから遠く離れて配置された複数のパワープラント２０を含む。パワープラント２０は、ガスタービンエンジンのみを備えた単純サイクルのパワープラントであっても、ガスおよびスチームタービンエンジンを備えた複合サイクルのパワープラントであっても、または、他の好適なパワープラント構成であってもよく、これらは、複数の顧客３０によってそれぞれ所有され、運営される。いずれのケースでも、パワープラント２０は、パワープラント２０内でのさまざまな動作状態を感知するためのセンサアレイ２１と、個々のパワープラント２０を動作させるためのオンサイトコントローラ２２と、センサアレイ２１によって生成されたＯＳＭデータをコンパイルするオンサイトモニタリング（ＯＳＭ）コンピューティングデバイス２３とを備える。パワープラント２０は、ネットワーキングセキュリティを提供するファイアウォールシステム２４をさらに備えることができる。それぞれの顧客３０は、私的な、または公的な企業体であってよく、それぞれの企業体は、個人、または一致協力して行動する個人のグループであってよい。それぞれの顧客３０は、１つまたは複数のパワープラント２０を所有し、運営することができる。

システム１０は、モニタリングセンタ４０と、ＯＳＭデータをモニタリングセンタ４０によって受信可能にするセキュアなセットワーク５０とをさらに含む。モニタリングセンタ４０は、パワープラント２０のそれぞれの動作および契約状況に関するさまざまなタイプのデータを記憶するモニタリング、分析および診断（ＭＡＤ：ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ， ａｎａｌｙｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）ウェアハウス４１と、パワープラント２０ごとの履歴動作ＯＳＭデータのデータベースを維持し、ファイアウォールシステム２４を介してセンサアレイ２１によって生成されたＯＳＭデータを受け入れる中央履歴データベース４２と、計算エンジン４３とを含むことができる。

図２に示すようないくつかの実施形態において、顧客３０およびモニタリングセンタ４０（すなわち、計算エンジン４３）のうちの少なくとも一方、または両方が、複数の分析アルゴリズムを維持する（分析アルゴリズムはまた、顧客３０サイトにおいてローカルに記憶されてもよい）。複数の分析アルゴリズムは、性能異常検出、警報発信、分析および予測を自動化するように構成されていてよく、純粋なデータドリブン、統計学ベース、または物理学ベースであってよい。

計算エンジン４３は、以下に示す説明に従って、ＭＡＤウェアハウス４１、ならびにそれぞれのパワープラント２０ごとに中央履歴データベース４２に記憶されたサイト固有データと一緒に、ＯＳＭデータを分析するように構成されている。計算エンジン４３は、分析の結果から傾向を導き出し、たとえば、導き出された傾向から特定された、または導き出された傾向によって示された変化および異常性に従って、各それぞれのパワープラント２０に対して適正な措置を講じるようにさらに構成されている。

加えて、システム１０は、ウェブベースのポータル６０のサポートを含む。とりわけ、ウェブベースのポータル６０は、モニタリングセンタ４０によってサポートされており、顧客３０のそれぞれ、またはその認定代理人がＯＳＭデータ、ＯＳＭデータ分析結果、および／または導き出された傾向を見直すことができるように、顧客３０のそれぞれ、またはその認定代理人にアクセス可能である。そのようなアクセスは、さまざまな据え置き型の、または携帯型のコンピューティングデバイス６１を用いて取得することができる（図１を参照されたい）。実施形態に従い、かつ図３を参照すると、ウェブベースのポータル６０は、ＯＳＭデータ、および／または、フリートスコアカードおよび比較、オフライン水洗浄統計値、出力および熱消費率低下傾向の記述、ならびにフリート低下比較６２の記述のうちの少なくとも１つまたは複数としてのＯＳＭデータ分析結果をブロードキャストする。顧客３０のそれぞれ、またはその認定代理人がＯＳＭデータ、ＯＳＭデータ分析結果、および／または導き出された傾向を見直すのを可能にすることによって、ウェブベースのポータル６０は、フリート論点およびサイト固有の問題を特定できるようにし、契約上の義務に応じることを促進する。

モニタリングセンタ４０は、サイト固有性能（ＳＳＰ）低下分析、ＳＳＰ集約分析、ＳＳＰオフライン水洗浄分析、およびＳＳＰフリート分析を実行するように、とりわけ構成されていてよい。図４を参照すると、ＳＳＰ低下分析は、それぞれのパワープラント２０ごとの低下性能を説明するＯＳＭデータの一部を見直して、パワープラント２０のうちのいずれかが措置を講じる必要のあるポイントまで低下しているかどうか（すなわち、構成要素の修理または取り替え）を判定する、モニタリングセンタ４０の能力に関する。

図４に示すように、ＳＳＰ低下分析は、それぞれのパワープラント２０についてのＯＳＭデータの初期読み込み（動作１００）と、さらなる分析を託すことができるように、ＯＳＭデータが期待されるパラメータ内にあることを保証するためのデータ品質検査（動作１１０）と、ＳＳＰ性能計算（動作１２０）とを含む。動作１２０のＳＳＰ性能計算は、それぞれのパワープラント２０ごとに、電力出力および熱消費率の参照数字などのベースライン参照数字が導き出されるようにし（動作１３０）、一定期間での回転性能平均値の継続的な計算が計算されるように考慮し（動作１４０）、ベースライン参照数字と回転性能平均値の比較に基づいた検出メトリクスの計算を考慮する（動作１５０）。検出メトリクスが３つ以上の閾値性能レベルのうちのいずれかを満たす場合、モニタリングセンタ４０は、該当する顧客３０に、彼らのパワープラント２０が対処する必要のある性能低下を示していることを警告するために、３つ以上の警報のうちの対応する１つを発する（動作１６０）。これらの３−レベル（またはそれ以上）の警報が対処され、処理される（動作１７０）と、モニタリングセンタ４０は、モニタを継続し、ＳＳＰ低下分析を実行する（動作１８０）ことができる。

ＳＳＰ集約分析は、リモートロケーションにおけるさまざまなパワープラント２０からのＯＳＭデータの多重分解能を集約する、モニタリングセンタ４０の能力に関する。すなわち、モニタリングセンタ４０は、たとえば、パワープラント２０の１つのグループで、１分、５分、または１０分間隔で取られるＯＳＭデータを、およびたとえば、パワープラント２０の別のグループでは、１日または１週間間隔で取られるＯＳＭデータを集約することができる。ＳＳＰオフライン水洗浄分析は、パワープラント２０のそれぞれについての水洗浄前および水洗浄後のＯＳＭデータのスナップショットを撮り、顧客が同意したオフライン水洗浄およびオンライン水洗浄動作の影響を顧客３０が理解するのを助ける、モニタリングセンタ４０の能力に関する。ＳＳＰフリート分析は、現在の動作および以前の動作において、顧客のそれぞれのパワープラント２０が、その全部の（ｔｈｅ ｆｌｅｅｔ ｏｆ）パワープラントと比較していかに性能発揮しているかを、さまざまな顧客３０が理解するよう支援する分析に関する。

限定された数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示された実施形態に限定されないことは、容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、これまでに説明されていないものの、本発明の趣旨および範囲に相当する、任意の数の変形形態、変更形態、代替形態、または均等な構成を組み込むように修正することができる。加えて、本発明のさまざまな実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態の一部のみが含まれ得ることを理解されたい。したがって、本発明は、上述した説明によって限定されるものとみなされるべきでなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１０ システム
２０ パワープラント
２１ センサアレイ
２２ オンサイトコントローラ
２３ ＯＳＭコンピューティングデバイス
２４ ファイアウォールシステム
３０ 顧客
４０ モニタリングセンタ
４１ ＭＡＤウェアハウス
４２ 中央履歴データベース
４３ 計算エンジン
５０ セキュアなネットワーク
６０ ウェブベースのポータル
６１ 携帯型のコンピューティングデバイス
６２ フリート低下比較
１００ それぞれのパワープラント２０についてのＯＳＭデータの初期読み込み
１１０ さらなる分析を託すことができるように、ＯＳＭデータが期待されるパラメータ内にあることを保証するためのデータ品質検査
１２０ ＳＳＰ性能計算
１３０ それぞれのパワープラント２０ごとに、電力出力および熱消費率の参照数字などのベースライン参照数字が導き出されるようにする
１４０ 一定の期間での回転性能平均値の継続的な計算が計算されるように考慮する
１５０ ベースライン参照数字と回転性能平均値の比較に基づいた検出メトリクスの計算を考慮する
１６０ 該当する顧客３０に、彼らのパワープラント２０が対処する必要のある性能低下を示していることを警告するために、３つ以上の警報のうちの対応する１つを発する
１７０ ３−レベル（またはそれ以上）の警報が対処され、処理される
１８０ モニタを継続し、ＳＳＰ低下分析を実行する

Claims (8)

1. 複数の顧客によってそれぞれ所有され、運営される複数のパワープラントと、
   モニタリングセンタとを備え、
   前記顧客および前記モニタリングセンタのうちの少なくとも一方が、性能異常検出、警報発信、分析および予測を自動化するように構成された複数の分析アルゴリズムを含む、パワープラントの性能モニタリングのためのシステムであって、
   前記複数のパワープラントのそれぞれで生成されたオンサイトモニタリング（ＯＳＭ）データを前記モニタリングセンタによって受信可能にするセキュアなネットワークを備え、
   前記モニタリングセンタが、前記複数の分析アルゴリズムに従って、それぞれのパワープラントごとのサイト固有データと一緒に前記ＯＳＭデータを分析して傾向を導き出し、導き出された傾向によって示された変化および異常性に従って、各それぞれのパワープラントに対して措置を講じるように構成されている、
   システム。
2. 前記モニタリングセンタおよび前記顧客のうちの少なくとも一方が、サイト固有性能（ＳＳＰ）低下分析、ＳＳＰ集約分析、ＳＳＰオフライン水洗浄分析、およびＳＳＰフリート分析を実行するように構成されている、請求項１記載のシステム。
3. 前記モニタリングセンタが、前記ＳＳＰ低下分析に従って、各それぞれのパワープラントにマルチレベルの警報を発するように構成されている、請求項２記載のシステム。
4. 前記モニタリングセンタが、前記ＳＳＰ集約分析に従って、それぞれのパワープラントごとの前記ＯＳＭデータの多重分解能集約を実行するように構成されている、請求項２記載のシステム。
5. 前記モニタリングセンタが、前記ＳＳＰオフライン水洗浄分析に従って、それぞれのパワープラントごとの水洗浄前および水洗浄後の有効性に関する前記ＯＳＭデータの一部を受信し、分析するように構成されている、請求項２記載のシステム。
6. 前記モニタリングセンタが、前記ＳＳＰフリート分析に従って、それぞれのパワープラントごとの前記ＯＳＭデータを、フリートデータと比較するように構成されている、請求項２記載のシステム。
7. 前記モニタリングセンタが、前記複数の顧客のそれぞれが前記ＯＳＭデータおよび前記ＯＳＭデータ分析結果にアクセスするのに使用されるウェブポータルをサポートする、請求項１記載のシステム。
8. 前記ウェブポータルが、フリートスコアカードおよび比較、オフライン水洗浄統計値、出力および熱消費率低下傾向の記述、ならびにフリート低下比較の記述のうちの少なくとも１つまたは複数を含む、請求項７記載のシステム。