JP2020052676A - State monitor and wind power generator using the same - Google Patents

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Abstract

To provide a state monitor capable of discriminating spike-like noise on an early stage, and a wind power generator including the same.SOLUTION: A state monitor 1 includes a measurement device 20, a measurement data acquisition unit 30 that acquires data from the measurement device 20, a measurement data memory unit 40 that preserves data obtained from the measurement data acquisition unit 30, and a measurement data arithmetic unit 50 that computes data obtained from the measurement data memory unit 40. When the data obtained from the measurement data memory unit 40 does not exceed a threshold designated on the basis of the data preserved in the measurement data memory unit 40, the measurement data arithmetic unit 50 does not predict or calculate time-sequential data. When the data obtained from the measurement data memory unit 40 exceeds the threshold, the measurement data arithmetic unit predicts or calculates the time-sequential data using a time-sequential prediction model.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、状態監視装置およびこれを用いた風力発電装置に関する。   The present invention relates to a condition monitoring device and a wind power generation device using the same.

風力発電装置等の発電装置、産業用機械、鉄道、車両などの状態を監視する状態監視装置が知られている。このような状態監視装置は、例えば、監視対象の振動、温度等を観測し、振動が異常であれば、異常の発生を報知する。   2. Description of the Related Art A state monitoring device that monitors the state of a power generator such as a wind power generator, an industrial machine, a railway, a vehicle, and the like is known. Such a state monitoring device monitors, for example, vibration, temperature, and the like of a monitoring target, and notifies the occurrence of abnormality if the vibration is abnormal.

このような状態監視装置において、観測信号にはスパイクノイズが発生することがある。観測信号にスパイクノイズがのっていると、監視対象が異常であることを誤って検知してしまう可能性がある。   In such a state monitoring device, spike noise may occur in the observation signal. If spike noise is present in the observation signal, it may be erroneously detected that the monitoring target is abnormal.

特開2008−140100号公報(特許文献1)には、時系列データにおいてスパイクノイズの判別を行なう情報処理装置が開示されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2008-140100 (Patent Literature 1) discloses an information processing apparatus that determines spike noise in time-series data.

特開2008−140100号公報JP 2008-140100 A

吉村卓也、他2名、「メモリベースパーティクルフィルタに基づく太陽光発電予測モデルの提案」、情報処理学会研究報告、研究報告知能システム(ICS)、第2013-ICS-172巻、第8号、p1−7、2013年11月12日Takuya Yoshimura and 2 others, "Proposal of a solar power generation prediction model based on a memory-based particle filter", IPSJ Research Report, Research Report Intelligent System (ICS), 2013-ICS-172, No. 8, p. 1 -7, November 12, 2013

状態監視システムで得られた時系列データでは、ノイズ等の影響で取得値が一時的に上昇する場合があり、時系列データの変化がノイズか否かを判定する必要がある。   In the time series data obtained by the state monitoring system, the acquired value may temporarily increase due to the influence of noise or the like, and it is necessary to determine whether the change in the time series data is noise.

特開2008−140100号公報に開示された方法では、時系列情報処理装置によって、過去データを用いて予測した予測値に対して、その予測値に対応する実測値が得られたときに実測値と予測値とを比較することによってノイズだったかどうかを判別する。そして、ノイズだった場合は、実測値を正常データに置き換える。   In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-140100, when a time-series information processing device obtains an actual measurement value corresponding to the predicted value predicted using past data, Then, it is determined whether or not the noise is caused by comparing the predicted value with the predicted value. If it is noise, the measured value is replaced with normal data.

しかしながら、上記の方法では、スパイク状ノイズの候補データの取得時刻より先の時刻の実測値を必要とし、候補データを取得した時点では、スパイク状ノイズかどうかを判定できない。例えば、風力発電装置に設置された状態監視装置等で取得される時系列データは、設備が常時運転しているとは限らず、データを定期的に取得できない場合がある。このため、取得したデータの次のデータは、いつ得られるかわからない。したがって、この方法では、スパイク状ノイズの候補データの取得時刻よりも先の時刻の実測値が得られるまでは判定処理が行なわれないので、対応にも遅れが生じるという問題がある。なお、定期的にデータを取得できる場合でも、そのデータの取得間隔が長い場合は、同様な問題がある。   However, the above method requires an actual measurement value at a time earlier than the acquisition time of the spike noise candidate data, and cannot determine whether the spike noise is spike noise at the time of acquiring the candidate data. For example, time-series data acquired by a state monitoring device or the like installed in a wind power generator is not always operating at all times, and data may not be acquired periodically. For this reason, it is not known when the next data after the acquired data will be obtained. Therefore, in this method, since the determination process is not performed until an actual measurement value at a time earlier than the acquisition time of the spike noise candidate data is obtained, there is a problem that the response is delayed. Even when data can be acquired periodically, there is a similar problem when the data acquisition interval is long.

本発明は、このような課題を解決するためのものであって、その目的は、スパイク状のノイズを早期に判定可能な状態監視装置およびそれを備える風力発電装置を提供することである。   An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a state monitoring device capable of determining spike-like noise at an early stage and a wind power generation device including the same.

本開示は、状態監視装置に関する。状態監視装置は、計測装置と、計測装置からデータを収集する計測データ収集部と、計測データ収集部から得られたデータを保存する計測データ記憶部と、計測データ記憶部から得られたデータを演算する計測データ演算部とを備える。計測データ演算部は、計測データ記憶部から得られたデータが、計測データ記憶部に保存されたデータに基づいて設定されたしきい値を超えない場合には、時系列データの予測計算を行なわず、計測データ記憶部から得られたデータが、しきい値を超えた場合に、時系列予測モデルを用いて時系列データの予測計算を行なう。   The present disclosure relates to a state monitoring device. The state monitoring device includes a measurement device, a measurement data collection unit that collects data from the measurement device, a measurement data storage unit that stores data obtained from the measurement data collection unit, and a data obtained from the measurement data storage unit. A measurement data calculation unit for performing calculation. The measurement data calculation unit performs a prediction calculation of the time-series data when the data obtained from the measurement data storage unit does not exceed a threshold set based on the data stored in the measurement data storage unit. Instead, when the data obtained from the measurement data storage unit exceeds the threshold value, the prediction calculation of the time-series data is performed using the time-series prediction model.

好ましくは、状態監視装置は、計測データ収集部が収集したデータに基づいて監視対象の状態を診断する診断部をさらに備える。診断部は、計測データ演算部が実行した予測計算の結果に基づいて、処理の内容を切り替える。   Preferably, the state monitoring device further includes a diagnosis unit that diagnoses a state of the monitoring target based on the data collected by the measurement data collection unit. The diagnostic unit switches the processing based on the result of the prediction calculation executed by the measurement data calculation unit.

より好ましくは、計測データ演算部は、計測データ記憶部から得られたデータがしきい値を超えた場合に限定して、しきい値を超えたデータを初期値とし、しきい値を超えたデータが計測された時刻を初期時刻として、予測計算を実行する。   More preferably, the measurement data calculation unit is limited to the case where the data obtained from the measurement data storage unit exceeds the threshold, sets the data that exceeds the threshold as an initial value, and The prediction calculation is executed with the time at which the data was measured as the initial time.

好ましくは、時系列予測モデルは、メモリベースパーティクルフィルタである。計測データ演算部は、計測データ記憶部に保存されたデータを参照し、メモリベースパーティクルフィルタを用いて、初期時刻から所定時間後の確率密度分布を算出し、算出した確率密度分布に基づいて初期時刻から所定時間後の予測値を演算する。   Preferably, the time series prediction model is a memory-based particle filter. The measurement data calculation unit refers to the data stored in the measurement data storage unit, calculates a probability density distribution after a predetermined time from the initial time using a memory-based particle filter, and initializes the probability density distribution based on the calculated probability density distribution. A predicted value after a predetermined time from the time is calculated.

ここで予測値とは、点推定や区間推定の演算結果である。
さらに好ましくは、計測データ演算部は、初期値と計測データ記憶部に保存された各データとの類似度を求める。計測データ演算部は、類似度の高い時刻を探索し、探索によって得られた時刻から所定時間後のデータを参照することにより、初期時刻から所定時間後の時系列データを予測する。
Here, the predicted value is a calculation result of point estimation or section estimation.
More preferably, the measurement data calculation unit obtains a similarity between the initial value and each data stored in the measurement data storage unit. The measurement data calculation unit searches for a time having a high degree of similarity, and predicts time-series data after a predetermined time from the initial time by referring to data obtained after a predetermined time from the time obtained by the search.

本開示は、他の局面では、上記いずれかに記載の状態監視装置を備える、風力発電装置に関する。   In another aspect, the present disclosure relates to a wind power generator including the state monitoring device according to any one of the above.

本開示の状態監視装置は、しきい値を超えた取得データを検出した場合、その時刻よりも未来の実績値がなくても、そのデータが一時的な上昇の可能性が高いか否かを、初期時刻から所定時間後の予測値とともに通知できる。例えば、スパイク状ノイズ候補データを検出した場合、その時刻以降の未来の実績値がなくても、所定時間後の予測結果に基づいて装置の診断を実施できる。   The state monitoring device according to the present disclosure, when detecting acquired data that exceeds a threshold, even if there is no actual value in the future after that time, determines whether or not the data is likely to temporarily increase. Can be notified together with a predicted value after a predetermined time from the initial time. For example, when spike noise candidate data is detected, the device can be diagnosed based on the prediction result after a predetermined time even if there is no future actual value after that time.

本実施の形態の状態監視装置の構成概略図である。It is a schematic diagram of a configuration of a state monitoring device of the present embodiment. 検討例のスパイクノイズ判定処理の概要を説明するための図である。It is a figure for explaining an outline of a spike noise judgment processing of a study example. 本実施の形態のスパイクノイズ判定処理の概要を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for describing an outline of a spike noise determination process according to the present embodiment. 図1の計測データ演算部の処理を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining processing of a measurement data calculation unit in FIG. 1. 図1の計測データ演算部の詳細処理と診断部の処理を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining detailed processing of a measurement data calculation unit and processing of a diagnosis unit in FIG. 1. 計測データ演算部で予測された時系列データの予測例を示す図である。It is a figure showing an example of prediction of time series data predicted by a measurement data calculation part. 図6の予測値D(T0+Δt)を決定するための予測計算で演算された確率密度分布結果の典型例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a typical example of a probability density distribution result calculated in a prediction calculation for determining a prediction value D (T0 + Δt) in FIG. 6. 確率密度分布結果(標準偏差が大きい場合で予測値の確度が低い場合)の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a probability density distribution result (when accuracy of a prediction value is low when standard deviation is large). 確率密度分布結果(分布に多峰性があり、1つの予測値に定めることが妥当でない場合)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a probability density distribution result (when distribution has multimodality and it is not appropriate to set to one prediction value). 予測結果のカテゴライズ例を示す図である。It is a figure showing the example of categorization of a prediction result. 時系列予測計算を開始する条件を満たした場合の概念図である。It is a conceptual diagram when the conditions which start time series prediction calculation are satisfy | filled. メモリベースパーティクルフィルタ予測計算時における、初期粒子発生の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of initial particle generation during a memory-based particle filter prediction calculation. メモリベースパーティクルフィルタ予測計算時における、粒子の尤度計算処理の概念図である。It is a conceptual diagram of the particle likelihood calculation process at the time of memory-based particle filter prediction calculation. 初期時刻から所定時間後T0+Δtでの確率密度分布結果の出力例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an output example of a probability density distribution result at T0 + Δt after a predetermined time from an initial time. 初期時刻から所定時間後T0+Δtでの予測値(点推定値)の出力例を示す図である。It is a figure which shows the example of output of the prediction value (point estimation value) in T0 + (DELTA) t after predetermined time from an initial time.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.

図1は、本実施の形態の状態監視装置の構成概略図である。本実施の形態の状態監視装置の監視対象は、図1の例では風力発電装置10である。なお、監視対象は風力発電装置10以外であっても良い。本実施の形態の状態監視装置は、例えば、風力発電装置以外の発電装置、産業用機械、鉄道、車両などを監視するものであっても良い。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a state monitoring device according to the present embodiment. The monitoring target of the state monitoring device of the present embodiment is the wind power generator 10 in the example of FIG. The monitoring target may be other than the wind power generator 10. The state monitoring device according to the present embodiment may be, for example, a device that monitors a power generation device other than a wind power generation device, an industrial machine, a railway, a vehicle, and the like.

本実施の形態の状態監視装置1は、計測装置20と、計測データ収集部30と、計測データ記憶部40と、計測データ演算部50と、診断部60とを備える。計測装置20は、風力発電装置10の設備に取り付けられた振動センサ、温度センサ、その他のセンサなどである。   The state monitoring device 1 of the present embodiment includes a measurement device 20, a measurement data collection unit 30, a measurement data storage unit 40, a measurement data calculation unit 50, and a diagnosis unit 60. The measuring device 20 is a vibration sensor, a temperature sensor, another sensor, or the like attached to the equipment of the wind turbine generator 10.

計測データ収集部30は、計測装置20からデータを収集する。計測データ収集部30は、計測装置20から定期的もしくは不定期にデータを取得するように構成される。なお取得は、自動取得、手動取得のどちらであってもよい。   The measurement data collection unit 30 collects data from the measurement device 20. The measurement data collection unit 30 is configured to acquire data from the measurement device 20 regularly or irregularly. Note that the acquisition may be either automatic acquisition or manual acquisition.

計測データ記憶部40は、計測データ収集部30から得られたデータを保存する。計測データ記憶部40は、計測データ収集部30から取得したデータをメモリまたはハードディスクなどのデータベースに蓄積する。   The measurement data storage unit 40 stores data obtained from the measurement data collection unit 30. The measurement data storage unit 40 stores the data acquired from the measurement data collection unit 30 in a database such as a memory or a hard disk.

計測データ演算部50は、計測データ記憶部40から得られたデータを演算する。計測データ演算部50は、計測データ記憶部40に蓄積されたデータを読出し、必要に応じて時系列データの予測を行ない、スパイクノイズの判定を行なう。計測データ演算部50は、計測データ記憶部40から得られたデータが、計測データ記憶部40に保存されたデータに基づいて設定されたしきい値を超えない場合には、時系列データの予測計算を行なわず、計測データ記憶部40から得られたデータがしきい値を超えた場合に、時系列予測モデルを用いて時系列データの予測計算を行なう。   The measurement data calculation unit 50 calculates data obtained from the measurement data storage unit 40. The measurement data calculation unit 50 reads the data stored in the measurement data storage unit 40, predicts time-series data as needed, and determines spike noise. If the data obtained from the measurement data storage unit 40 does not exceed the threshold set based on the data stored in the measurement data storage unit 40, the measurement data calculation unit 50 predicts the time-series data. When the data obtained from the measurement data storage unit 40 exceeds the threshold without performing the calculation, the prediction calculation of the time-series data is performed using the time-series prediction model.

診断部60は、計測データ演算部50が実行した予測計算の結果に基づいて、処理の内容を切り替える。診断部60は、計測データ演算部50の判定結果に対応する監視対象の異常診断を実行する。   The diagnosis unit 60 switches the content of the processing based on the result of the prediction calculation executed by the measurement data calculation unit 50. The diagnosing unit 60 performs an abnormality diagnosis of the monitoring target corresponding to the determination result of the measurement data calculating unit 50.

本実施の形態に示す状態監視装置1の第1の特徴は、スパイク状ノイズ候補データを検出した場合など、特異なデータを検出した場合にだけ、そのデータ取得時刻を初期時刻、その取得値を初期値として、初期時刻から所定時間後の予測計算を行なうことである。   The first feature of the state monitoring device 1 shown in the present embodiment is that only when peculiar data is detected, such as when spike noise candidate data is detected, the data acquisition time is set to the initial time, and the acquired value is set to the initial time. As an initial value, a prediction calculation after a predetermined time from the initial time is performed.

特異なデータが継続するか否かを予測したい場合において、それ以外の通常時に(データを取得するたび、もしくは定期的に)予測計算することは、計算に関わるプロセッサの使用率およびメモリ容量などのリソースの無駄となる。また、スパイク状ノイズデータなど、一過性の特異なデータを取り扱う場合においては、長期予測を行なう必要はない。特異なデータが検出されたデータの次の計測予定時刻の状態だけ予測すれば、その状態が継続するのか、以前の状態に戻るのかによって、データがノイズか否かを判断することができる。本実施の形態では、このように予測対象に関する時系列予測計算の開始条件や予測期間を考慮した。   When it is desired to predict whether or not unusual data will continue, performing a predictive calculation at other normal times (every time data is acquired or periodically) is a measure of processor usage and memory capacity involved in the calculation. Waste of resources. Further, when dealing with transient unique data such as spike noise data, it is not necessary to perform long-term prediction. By predicting only the state at the scheduled measurement time next to the data in which the peculiar data is detected, it is possible to determine whether the data is noise or not, depending on whether the state continues or returns to the previous state. In the present embodiment, the start condition and the prediction period of the time-series prediction calculation regarding the prediction target are considered in this way.

また、本実施の形態に示す状態監視装置1の第2の特徴は、初期時刻から所定時間後における時系列データを予測した結果に基づいて、現時刻より後の実測値なしに、スパイク状ノイズである可能性を定量的に示すことである。本実施の形態に示す状態監視装置1は、スパイク状ノイズなどの一時的な上昇か否かを判別する技術において、初期時刻までのデータと時系列予測計算から算出した将来の予測値だけから判別する。これにより、初期時刻以後の実測値を得ることを待たずに、後段の診断を実施できる。   The second characteristic of the state monitoring device 1 according to the present embodiment is that, based on the result of predicting the time-series data at a predetermined time after the initial time, the spike-like noise is generated without an actual measurement value after the current time. Is quantitatively shown. The state monitoring device 1 according to the present embodiment, in a technology for determining whether or not a spike-like noise is temporarily increased, determines only from data up to an initial time and a future predicted value calculated from a time-series prediction calculation. I do. Thereby, the subsequent diagnosis can be performed without waiting for obtaining the measured value after the initial time.

図2は、検討例のスパイクノイズ判定処理の概要を説明するための図である。検討例のスパイクノイズ判定処理(特開2008−140100号公報の方法)では、時刻Nまでのデータを用いて、時刻N+1以降の予測値を求める。時刻N+1以降の実測値が得られたときに、実測値が予測誤差範囲内かどうかを判定する。そして、時刻N+1以降の実測値が予測誤差範囲内であればノイズと判定し、予測誤差範囲外であれば、ノイズではないと判定する。   FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the spike noise determination process of the study example. In the spike noise determination process of the study example (the method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-140100), a predicted value after time N + 1 is obtained using data up to time N. When the measured value after time N + 1 is obtained, it is determined whether the measured value is within the prediction error range. If the measured value after time N + 1 is within the prediction error range, it is determined to be noise, and if it is outside the prediction error range, it is determined that it is not noise.

すなわち、この方法では、時刻Nまでの過去データを用いて時刻N+1のデータを予測した予測値に対して、その予測時刻(時刻N+1)以降における実測値が得られたときに、ノイズだったかどうかを判別する。   That is, in this method, when a predicted value obtained by predicting the data at time N + 1 using the past data up to time N is determined to be noise when an actual measurement value after the predicted time (time N + 1) is obtained. Is determined.

この検討例の方法では、時刻N+1における実測値がスパイク状のノイズかどうか判定するためには、予測計算後、時刻N+1以降の実測値が必要である。したがって、時刻N+1以降の実測値が取得できない時刻N時点では、スパイク状ノイズかどうか判定できない。   In the method of the study example, the actual measurement value at time N + 1 or later is necessary after the prediction calculation in order to determine whether the actual measurement value at time N + 1 is spike noise. Therefore, at time N at which an actually measured value cannot be obtained after time N + 1, it cannot be determined whether the noise is spike noise.

図3は、本実施の形態のスパイクノイズ判定処理の概要を説明するための図である。検討例との差異を明確にするために、図2と対比しやすいように作成した図3を用いて説明する。   FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of the spike noise determination processing according to the present embodiment. In order to clarify the difference from the study example, a description will be given with reference to FIG. 3 which is created so as to be easily compared with FIG.

本実施の形態の方法は、時刻N時点において、時刻Nまでのデータを用いて、メモリベースパーティクルフィルタ法で時刻N+1の予測値を求める。すなわち、検討例の手法とは、適用する時系列予測モデルが異なる。メモリベースパーティクルフィルタ法は、過去に現れた観測対象の状態の履歴から、過去の状態が再度出現する確率をモデル化し、これを用いて履歴からのランダムサンプリングにより未来の状態の事前分布を生成する手法である。   In the method of the present embodiment, at time N, a predicted value at time N + 1 is obtained by the memory-based particle filter method using data up to time N. That is, the time series prediction model to be applied is different from the method of the study example. The memory-based particle filter method models the probability of the past state reappearing from the history of the state of the observation target that appeared in the past, and uses this to generate a prior distribution of the future state by random sampling from the history. Method.

次に、時刻N+1の予測値だけから、時刻Nにおける実測値がスパイク状ノイズか否かを判定する。この点が検討例と大きく異なっている。   Next, it is determined whether or not the actually measured value at the time N is a spike noise from only the predicted value at the time N + 1. This point is significantly different from the study example.

本実施の形態の判定方法では、図3の上段で示すように、時刻N+1の予測値が、時刻N−1までと同程度の値である場合には、スパイク状ノイズである可能性が高いと判定する。一方、図3の下段に示すように、時刻N+1の予測値が、時刻N−1までの値よりも非常に大きな値の場合、スパイク状ノイズでない可能性が高いと判定する。   In the determination method according to the present embodiment, as shown in the upper part of FIG. 3, when the predicted value at time N + 1 is approximately the same as that before time N-1, there is a high possibility that the noise is spike noise. Is determined. On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 3, when the predicted value at time N + 1 is much larger than the value up to time N-1, it is determined that there is a high possibility that the noise is not spike noise.

なお、この判定方法は、スパイク状ノイズは一過性のもので、継続的に計測されることは稀であるという前提条件の下に行なわれる。   Note that this determination method is performed under the precondition that spike noise is transient and is rarely measured continuously.

図2と比較すると図3に示す本実施の形態の判定方法では、スパイク状ノイズの判定には、予測計算を実行すればよく、その後の時刻N+1以降の実測値は不要である。つまり、本実施の形態の判定方法は、時刻N+1以降の実測値が取得できない時刻N時点でも、時刻N+1の予測値があれば、時刻Nにおける実測値がスパイク状ノイズかどうかを判定できる。   In comparison with FIG. 2, in the determination method of the present embodiment shown in FIG. 3, prediction of the spike noise may be performed by performing prediction calculation, and subsequent measured values after time N + 1 are unnecessary. In other words, the determination method of the present embodiment can determine whether or not the actual measurement value at time N is spike-like noise at the time N at which the actual measurement value cannot be obtained after time N + 1 if there is a predicted value at time N + 1.

本実施の形態で説明するノイズ判定方法は、時系列データにおけるスパイク状ノイズ等の検知において、しきい値を超えたデータを取得した時点で、メモリベースパーティクルフィルタ法等の時系列予測モデルを用いて初期時刻から所定時間後の予測を行ない、予測結果を出力し、その結果に基づいて早期にノイズ判定を行なうことができる。   The noise determination method described in the present embodiment uses a time-series prediction model such as a memory-based particle filter method at the time of acquiring data exceeding a threshold in detecting spike noise or the like in the time-series data. Thus, the prediction is performed a predetermined time after the initial time, the prediction result is output, and the noise determination can be performed early based on the prediction result.

図4は、図1の計測データ演算部の処理を説明するためのフローチャートである。図4に示すフローチャートの処理は、図1の計測データ演算部50で実行される。計測データ演算部50は、時系列データ生成処理(ステップS1)と、予測対象データ検出処理(ステップS2)と、予測計算処理(ステップS4)と、出力処理(ステップS5)を順次実行する。   FIG. 4 is a flowchart for explaining the processing of the measurement data calculation unit in FIG. The processing of the flowchart shown in FIG. 4 is executed by the measurement data calculation unit 50 of FIG. The measurement data calculation unit 50 sequentially executes a time-series data generation process (Step S1), a prediction target data detection process (Step S2), a prediction calculation process (Step S4), and an output process (Step S5).

ステップS1において実行される時系列データ生成処理では、計測データ演算部50は、計測データ記憶部40に蓄積されたデータを読込み、時系列データを生成する。   In the time series data generation processing executed in step S1, the measurement data calculation unit 50 reads the data accumulated in the measurement data storage unit 40 and generates time series data.

続いてステップS2で実行される予測対象データ検出処理では、しきい値が設定され、ステップS1で取得したデータがしきい値と比較される。そして、ステップS3において、計測データ演算部50は、取得したデータが設定したしきい値を超えたかを検出する。しきい値を超えたデータは、ノイズ判定を行なう予測対象データとなる。   Subsequently, in the prediction target data detection process executed in step S2, a threshold value is set, and the data acquired in step S1 is compared with the threshold value. Then, in step S3, the measurement data calculation unit 50 detects whether the acquired data has exceeded a set threshold value. Data exceeding the threshold value becomes prediction target data for performing noise determination.

しきい値を設定する方法としては、計測データ記憶部40のデータに基づいて統計的に設定する方法、経験的に設定する方法などが考えられる。例えば、候補データ検出しきい値を後に説明する図6の破線で示すYthに設定した場合、直近の実績値D(T0)はスパイク状ノイズのデータ候補となる。   As a method of setting the threshold value, a method of setting statistically based on data in the measurement data storage unit 40, a method of setting empirically, and the like are considered. For example, when the candidate data detection threshold is set to Yth indicated by a broken line in FIG. 6 described later, the latest actual value D (T0) is a data candidate for spike noise.

ステップS4において実行される予測計算処理では、ステップS3で検出されたデータ候補を初期値として、時系列予測モデルを用いて初期時刻から所定時間後の予測結果を算出する。「所定時間」は、計測データの取得間隔などから、使用者が定めるものである。   In the prediction calculation process executed in step S4, a prediction result after a predetermined time from the initial time is calculated using a time-series prediction model, using the data candidates detected in step S3 as initial values. The “predetermined time” is determined by the user from the acquisition interval of the measurement data and the like.

使用する時系列予測モデルの一例として、メモリベースパーティクルフィルタ(非特許文献1参照)を用いることができる。なお、メモリベースパーティクルフィルタ以外の時系列予測モデルや統計的な手法によって、予測値を求めることも可能である。   As an example of a time-series prediction model to be used, a memory-based particle filter (see Non-Patent Document 1) can be used. Note that a predicted value can be obtained by a time-series prediction model or a statistical method other than the memory-based particle filter.

特に、状態監視システムの時系列予測計算モデルとして、メモリベースパーティクルフィルタ法を適用すると、以下のような利点がある。   In particular, applying the memory-based particle filter method as a time-series prediction calculation model of the state monitoring system has the following advantages.

例えば、風力発電装置用状態監視システムで取得された振動データは、風車の外的環境や内的環境によって、各風車特有の特異なデータが度々計測される場合がある。このため、その風車で測定された過去のデータに基づいて、近未来を予測するモデルが好ましい。また風車の運転開始直後など参照する過去のデータが少なく、過去の類似事例が少ないなどの場合は、予測値には不確かさが含まれることから、その不確かさが出力されるモデルが好ましい。状態監視システムにメモリベースパーティクルフィルタ法を適用すると、これらの問題を解決することができる。   For example, in the vibration data acquired by the wind power generator condition monitoring system, unique data unique to each wind turbine may be frequently measured depending on the external environment or the internal environment of the wind turbine. Therefore, a model that predicts the near future based on past data measured by the windmill is preferable. In the case where the past data to be referred to is small, such as immediately after the start of the operation of the windmill, and the number of similar cases in the past is small, the predicted value includes uncertainty. Therefore, a model that outputs the uncertainty is preferable. These problems can be solved by applying the memory-based particle filter method to the condition monitoring system.

また、本実施の形態に示すメモリベースパーティクルフィルタ法における類似度算出過程は、風車特有の過去データを考慮し、状態監視システムおける未来の予測値を算出することを目的とした、過去の類似データを探索するための過程である。この過程があることにより、各風車測定データのように、データ自身が持つクセを予測値に反映させることができる。   Further, the similarity calculation process in the memory-based particle filter method described in the present embodiment is based on past similar data for calculating a future predicted value in the state monitoring system in consideration of wind turbine-specific past data. Is a process for searching for. With this process, the peculiarity of the data itself can be reflected in the predicted value as in the case of each wind turbine measurement data.

図5は、図1の計測データ演算部の詳細処理と診断部の処理を説明するためのフローチャートである。図5におけるステップS2〜S5は計測データ演算部50で実行される処理であり図4のステップS2〜S5とそれぞれ対応する。また図5のステップS6は、診断部60で実行される処理である。   FIG. 5 is a flowchart for explaining the detailed processing of the measurement data calculation unit and the processing of the diagnosis unit in FIG. Steps S2 to S5 in FIG. 5 are processes executed by the measurement data calculation unit 50, and correspond to steps S2 to S5 in FIG. 4, respectively. Step S6 in FIG. 5 is a process executed by the diagnosis unit 60.

まずステップS1において、計測データ演算部50は、計測データ記憶部40に蓄積されたデータを読み込み、時系列データを生成する。続いて、ステップS2の予測データ検出処理が実行される。まずステップS21において、計測データ演算部50は、直近までの時系列データに基づいて、予測計算実施しきい値Ythを算出し、予測計算実施しきい値Ythを次の処理に引き渡す。   First, in step S1, the measurement data calculation unit 50 reads data accumulated in the measurement data storage unit 40 and generates time-series data. Subsequently, a prediction data detection process in step S2 is executed. First, in step S21, the measurement data calculation unit 50 calculates a prediction calculation execution threshold Yth based on the latest time-series data, and passes the prediction calculation execution threshold Yth to the next process.

ステップS22では、計測データ演算部50は、予測対象データ候補を検出する。具体的には、計測データ演算部50は、直近の時系列データの値が、予測計算実施しきい値Ythを超えているか判定する。そして、しきい値を超えているか否かの判定結果(TRUE or FALSE)を次の処理に引き渡す。   In step S22, the measurement data calculation unit 50 detects a prediction target data candidate. Specifically, the measurement data calculation unit 50 determines whether the value of the latest time-series data exceeds the prediction calculation execution threshold Yth. Then, the determination result (TRUE or FALSE) of whether or not the threshold value is exceeded is transferred to the next processing.

続いて、ステップS3において、しきい値超えの判定結果がFALSEである場合、このフローチャートの処理は終了し、ノイズ判定も診断も実行されない。一方、ステップS3において計測データ演算部50は、しきい値超えの判定結果がTRUEである場合、予測対象データ候補を予測対象データD(T0)であると決定し、ステップS41以降に処理を進める。   Subsequently, in step S3, when the determination result of exceeding the threshold value is FALSE, the processing of this flowchart ends, and neither the noise determination nor the diagnosis is performed. On the other hand, when the determination result of exceeding the threshold value is TRUE in Step S3, the measurement data calculation unit 50 determines that the prediction target data candidate is the prediction target data D (T0), and proceeds to Step S41 and the subsequent steps. .

ステップS41では、計測データ演算部50は、初期設定を実行する。初期設定では、直近の時系列データと、メモリベースパーティクルフィルタの初期条件(粒子数等)が入力データとされる。計測データ演算部50は、候補データの周りに粒子を多数配置し、初期分布を生成する。その結果、初期粒子データが得られる(後述の図12のP1に対応する)。   In step S41, the measurement data calculation unit 50 performs an initial setting. In the initial setting, the latest time-series data and the initial conditions (such as the number of particles) of the memory-based particle filter are used as input data. The measurement data calculation unit 50 arranges many particles around the candidate data and generates an initial distribution. As a result, initial particle data is obtained (corresponding to P1 in FIG. 12 described later).

続いて、ステップS42では尤度(ゆうど)計算処理が実行される。尤度計算では、類似事例の探索と参照データの決定が行なわれる。尤度計算における入力データは、直近までの時系列データと、参照データ数(類似度の上位何位までを参照するか)などである。尤度計算処理の処理内容は、1)過去の時系列データとの類似度を算出、2)類似度の上位となった時刻を参照時刻Trefとする、3)参照時刻Trefから所定時間後の次回の計測タイミングTref+Δtでの値を参照値D(Tref+Δt)として、初期粒子に対して重みをつける、の3つである。そして尤度計算の結果、各粒子の尤度が得られる。   Subsequently, in step S42, a likelihood (Yudo) calculation process is performed. In the likelihood calculation, a search for similar cases and determination of reference data are performed. The input data in the likelihood calculation includes the latest time-series data and the number of reference data (up to the highest similarity). The contents of the likelihood calculation processing include: 1) calculating a similarity with past time-series data; 2) setting a time having a higher similarity as a reference time Tref; and 3) a predetermined time after the reference time Tref. Weighting the initial particles with the value at the next measurement timing Tref + Δt as a reference value D (Tref + Δt). As a result of the likelihood calculation, the likelihood of each particle is obtained.

ここで、類似度は、初期値と各時系列データとのユークリッド距離などで算出する。参照するデータ種類や参照するデータ範囲の調整も可能である。   Here, the similarity is calculated based on the Euclidean distance between the initial value and each time-series data. It is also possible to adjust the type of data to be referenced and the range of data to be referenced.

続いてステップS43では、重み計算処理が実行される。重みとは、粒子の重み付けのことである。重み計算処理の入力データは、各粒子の尤度である。重み計算処理では、各粒子の尤度を正規化し、粒子の重みを算出する。計測データ演算部50は、その重みをプロットし、確率密度分布を生成する。重み計算処理の結果、各粒子の重み値、および確率密度分布が得られる。   Subsequently, in step S43, a weight calculation process is executed. The weight is the weight of a particle. The input data of the weight calculation process is the likelihood of each particle. In the weight calculation process, the likelihood of each particle is normalized, and the weight of the particle is calculated. The measurement data calculation unit 50 plots the weights and generates a probability density distribution. As a result of the weight calculation process, a weight value of each particle and a probability density distribution are obtained.

すなわち、重み計算処理では、計測データ演算部50は、参照時刻から所定時間後のデータを用いて、初期分布の各粒子の重みを算出する。   That is, in the weight calculation process, the measurement data calculation unit 50 calculates the weight of each particle of the initial distribution using data after a predetermined time from the reference time.

その後、ステップS44において予測値算出処理が実行される。予測値算出処理の入力データは、各粒子の重み値である。予測値算出処理では、計測データ演算部50は、各粒子の重み値から、点推定値を算出する。この算出方法の1つとして、点推定値を各粒子の重み値の重み平均とする方法などがある。予測値算出処理の結果、初期時刻から所定時間後の点推定値が得られる。   Thereafter, in step S44, a predicted value calculation process is executed. The input data of the prediction value calculation processing is the weight value of each particle. In the prediction value calculation process, the measurement data calculation unit 50 calculates a point estimation value from the weight value of each particle. As one of the calculation methods, there is a method of using a point estimation value as a weighted average of weight values of respective particles. As a result of the prediction value calculation process, a point estimation value a predetermined time after the initial time is obtained.

すなわち、予測値算出処理では、計測データ演算部50は、各粒子の重みから初期時刻から所定時間後の確率密度分布を算出し、これに基づいて初期時刻から所定時間後の予測値(点推定値)を求める。   That is, in the predicted value calculation process, the measured data calculation unit 50 calculates the probability density distribution at a predetermined time after the initial time from the weight of each particle, and based on the calculated probability density distribution at a predetermined time after the initial time (point estimation). Value).

続いて、ステップS51において、予測値区分設定処理が実行される。予測値区分設定処理の入力データは、直近までの時系列データである。計測データ演算部50は、直近までの時系列データから、予測値をカテゴライズするための区切り値を決定する。予測値区分設定処理の結果、出力データとして予測値区分用の区切り値が得られる。   Subsequently, in step S51, a predicted value category setting process is executed. The input data of the prediction value classification setting process is time-series data up to the latest. The measurement data calculation unit 50 determines a delimiter value for categorizing predicted values from the latest time-series data. As a result of the predicted value section setting process, a delimiter value for the predicted value section is obtained as output data.

続いて、ステップS52において、予測値加工処理が実行される。予測値加工処理の入力データは、初期時刻から所定時間後の点推定値、予測値区分用の区切り値、および確率密度分布である。計測データ演算部50は、初期時刻から所定時間後の点推定値と予測値区分用の区切り値とを比較し、予測値をカテゴライズする(レベル分け)。ただし、確率密度分布から、点推定値の信頼性が低い場合は、カテゴライズしない。予測値加工処理の結果、出力データとして、初期時刻から所定時間後の予測値レベルが得られる。   Subsequently, in step S52, a predicted value processing is performed. The input data of the predicted value processing is a point estimated value after a predetermined time from the initial time, a delimiter value for predicted value division, and a probability density distribution. The measurement data calculation unit 50 compares the point estimation value after a predetermined time from the initial time with the delimiter value for predictive value classification, and categorizes the predictive value (level division). However, if the reliability of the point estimation value is low from the probability density distribution, no categorization is performed. As a result of the predicted value processing, a predicted value level a predetermined time after the initial time is obtained as output data.

本実施の形態のメモリベースパーティクルフィルタの予測計算では、初期時刻を予測データ候補である条件を満たしたデータを測定した時刻T0とし、初期値をそのデータの値Y(T0)とする。   In the prediction calculation of the memory-based particle filter according to the present embodiment, the initial time is set to the time T0 at which data satisfying the condition of the prediction data candidate is measured, and the initial value is set to the value Y (T0) of the data.

以下は、図1の診断部60で実行される診断処理S6の詳細内容である。図5を参照して、まずステップS61において、診断部60は、初期値が一時的な上昇と予測されたか否かを判断する。   The following is the detailed contents of the diagnosis processing S6 executed by the diagnosis unit 60 in FIG. Referring to FIG. 5, first, in step S61, diagnostic section 60 determines whether or not the initial value is predicted to be temporarily increased.

初期値が、一時的な上昇と予測された場合(S61でYES)、ステップS62において、診断部60は、スパイクノイズ判定用の診断処理を実行する。スパイクノイズ判定用の診断処理は、直近の時系列データとその関連データを入力データとする。そして、診断部60は、直近の時系列データのノイズ診断を実施する。風力発電装置に取り付けられた状態監視装置であれば、その直近データの振動データを分析し、振動データにノイズが含まれているか診断する。   When the initial value is predicted to be a temporary increase (YES in S61), in step S62, the diagnostic unit 60 executes a diagnostic process for spike noise determination. The diagnostic processing for spike noise determination uses the latest time series data and its related data as input data. Then, the diagnosis unit 60 performs a noise diagnosis on the latest time-series data. If the condition monitoring device is attached to the wind power generator, the latest data of the vibration data is analyzed, and it is diagnosed whether the vibration data contains noise.

一方で、初期値が、一時的な上昇と予測されなかった場合(S61でNO)、ステップS63において、診断部60は、非スパイクノイズ判定用の診断処理を実行する。非スパイクノイズ判定用の診断処理は、直近の時系列データとその関連データを入力データとする。風力発電装置に取り付けられた状態監視装置であれば、診断部60は、その直近データに対する振動分析等を実施する。   On the other hand, when the initial value is not predicted to be a temporary increase (NO in S61), in step S63, the diagnostic unit 60 executes a diagnostic process for non-spike noise determination. The diagnosis processing for non-spike noise determination uses the latest time series data and its related data as input data. In the case of the condition monitoring device attached to the wind power generator, the diagnosis unit 60 performs a vibration analysis or the like on the latest data.

ステップS3で直近の時系列データが予測対象候補でないと判断された場合およびステップS62またはS63で診断が行なわれた場合、その後このフローチャートの処理は終了する。   If it is determined in step S3 that the latest time-series data is not a prediction target candidate and if a diagnosis has been made in step S62 or S63, then the processing of this flowchart ends.

以下では、具体的な観測例を示しながら、本実施の形態の状態監視装置で行なわれる処理について説明する。   Hereinafter, the processing performed by the state monitoring device according to the present embodiment will be described with reference to specific observation examples.

図6は、計測データ演算部で予測された時系列データの予測例を示す図である。図6の時系列データは、風力発電装置の振動データから算出したものであり、縦軸が振動の実効値[m/s]、横軸が観測日時を示している。なお、図6では風力発電装置で測定された時系列の振動データを例示したが、本実施の形態に示す診断方法は、スパイク状ノイズが混じる可能性がある、あらゆる時系列データに適用できる。 FIG. 6 is a diagram illustrating a prediction example of the time-series data predicted by the measurement data calculation unit. The time-series data in FIG. 6 is calculated from the vibration data of the wind turbine generator. The vertical axis indicates the effective value [m / s 2 ] of the vibration, and the horizontal axis indicates the observation date and time. Although FIG. 6 illustrates the time-series vibration data measured by the wind power generator, the diagnosis method described in the present embodiment can be applied to any time-series data in which spike noise may be mixed.

図6の△印に粒子の重み平均値を予測値とした予測結果D(T0+Δt)を示す。急上昇したD(T0)の前の実績値まで予測結果D(T0+Δt)が急降下し、時系列データは、スパイク状の変化をすることが予測された。   The prediction result D (T0 + Δt) using the weighted average value of the particles as the predicted value is indicated by a mark in FIG. It is predicted that the prediction result D (T0 + Δt) drops sharply to the actual value before D (T0), which has risen sharply, and that the time-series data changes spike-like.

図7は、図6の予測値D(T0+Δt)を決定するための予測計算で演算された確率密度分布結果の典型例を示す図である。図7の縦軸は、確率密度を示す。図7の横軸は、図6の縦軸と同様な時系列データの値を示す。   FIG. 7 is a diagram illustrating a typical example of a probability density distribution result calculated in the prediction calculation for determining the predicted value D (T0 + Δt) in FIG. The vertical axis in FIG. 7 indicates the probability density. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the value of the time-series data similar to the vertical axis in FIG.

図6の予測値D(T0+Δt)は、図7にプロットした各確率値を重みつき平均したものである。   The predicted value D (T0 + Δt) in FIG. 6 is a weighted average of the probability values plotted in FIG.

図7のプロットの1つ1つは、各粒子のデータであり、その横軸は初期粒子を発生させた値によって決まる。図7では、初期粒子の発生させた値(=予測値がとりうる範囲)を0.0〜0.07に定め、予測計算させた結果が示されている。すなわち、予測値の取りうる範囲は、図7の横軸において、プロットしてある範囲となる。後述する図12で示すように、初期値と初期粒子の発生方法で予測値が取りうる範囲が計算する度に異なる。   Each of the plots in FIG. 7 is data for each particle, and the horizontal axis is determined by the value at which the initial particle was generated. FIG. 7 shows the result of the prediction calculation, in which the value at which the initial particles are generated (= the range that the predicted value can take) is set to 0.0 to 0.07. That is, the range that the predicted value can take is the range plotted on the horizontal axis in FIG. As shown in FIG. 12, which will be described later, the range in which the predicted value can be obtained differs depending on the initial value and the method of generating the initial particles.

ステップS6の出力処理においては、予測計算された結果を加工および出力するが、パーティクルフィルタのように計算結果として確率密度分布が算出される時系列モデルであれば、予測値に確率密度分布を併せて通知することにより、予測値が取りうる範囲を定量的に示すことができる。   In the output processing in step S6, the result of the prediction calculation is processed and output. If the time series model calculates a probability density distribution as a calculation result like a particle filter, the prediction value is combined with the probability density distribution. In this case, the range that the predicted value can take can be quantitatively indicated.

図7で示すグラフ(確率密度分布)は、典型例であるが、グラフ形状がどのような形状だとしても、1つの予測値を出力することができる。この予測値が信頼できるか否かをサポートする出力結果として、図8、図9で示す確率密度分布を用いることができる。   Although the graph (probability density distribution) shown in FIG. 7 is a typical example, one predicted value can be output regardless of the shape of the graph. As an output result that supports whether or not the predicted value is reliable, the probability density distribution shown in FIGS. 8 and 9 can be used.

図8は、確率密度分布結果(標準偏差が大きい場合で予測値の確度が低い場合)の一例を示す図である。図9は、確率密度分布結果(分布に多峰性があり、1つの予測値に定めることが妥当でない場合)の一例を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a probability density distribution result (when the standard deviation is large and the accuracy of the predicted value is low). FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a probability density distribution result (in the case where the distribution has multimodality and it is not appropriate to determine one predicted value).

計測データ演算部50は、確率密度分布のグラフの形状に基づいて観測者が予測値の信頼性を判断できる(1つの予測値に定めることが妥当か判断できる)場合においては、グラフの提示のみを行なう。一方、計測データ演算部50は、観測者がグラフのみで判断できない場合は、統計値を別途出力し、観測者が判断できるようにする。   The measurement data calculation unit 50 only presents the graph when the observer can determine the reliability of the predicted value based on the shape of the graph of the probability density distribution (can determine whether it is appropriate to determine one predicted value). Perform On the other hand, when the observer cannot judge by the graph alone, the measurement data calculation unit 50 outputs a statistical value separately so that the observer can judge.

「1つの予測値に定めることが妥当でない」場合は信頼性に欠けるため、計測データ演算部50は、スパイク状ノイズか否かの判定結果を「不明」という結果とする。   In the case where it is not appropriate to determine one predicted value, the measurement data calculation unit 50 sets the determination result of the spike noise to “unknown” because the reliability is lacking.

特に標準偏差が大きい場合で予測値の確度が低い場合(図8)や、分布に多峰性(図9)があり1つの予測値に定めることが妥当でない場合などでは、確率密度分布の出力は、観測者にとって有益な通知となる。   In particular, when the standard deviation is large and the accuracy of the predicted value is low (FIG. 8), or when the distribution is multimodal (FIG. 9) and it is not appropriate to determine one predicted value, the output of the probability density distribution is used. Is a useful notice for the observer.

図10は、予測結果のカテゴライズ例を示す図である。図10に示すように、予め実績値が取りうる範囲を段階別に定めておくことで、予測値を加工し、カテゴライズした結果を出力することもできる。図10ではLevel1とLevel2の2区分に分けているが、区分数や区分けの分割方法は、これに限定されない。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of categorizing prediction results. As shown in FIG. 10, by defining in advance the range in which the actual value can be taken, the predicted value can be processed and the result of categorization can be output. In FIG. 10, the data is divided into two sections, Level1 and Level2, but the number of sections and the method of dividing the sections are not limited to this.

このような予測結果を出力することにより、ステップS2の予測対象データ検出処理で検出されたデータD(T0)以降の未来の実績値を待つことなく、診断部60において予測値に基づいた診断を実施することができる。   By outputting such a prediction result, diagnosis based on the prediction value can be performed by the diagnosis unit 60 without waiting for a future actual value after the data D (T0) detected in the prediction target data detection processing in step S2. Can be implemented.

診断部60では、図10に示したように計測データ演算部50から出力された予測値に応じた診断を実施する。   The diagnosis unit 60 performs a diagnosis according to the predicted value output from the measurement data calculation unit 50 as shown in FIG.

例えば、風力発電装置に取り付けられた状態監視診断の場合であれば、図10で示したように、予測値をカテゴライズし予測値がLevel1で示す範囲内であった場合、初期値が一時的な上昇の可能性が高いと推定し、ノイズ判定処理等のスパイクノイズ判定用診断を実施する。   For example, in the case of a condition monitoring diagnosis attached to a wind turbine generator, as shown in FIG. 10, when the predicted values are categorized and the predicted values are within a range indicated by Level1, the initial values are temporarily set. It is estimated that the possibility of the rise is high, and a spike noise determination diagnosis such as a noise determination process is performed.

一方、予測値がLevel2の範囲であったならば、上昇した値が初期値から継続する可能性が高いと推定し、設備の振動分析等の非スパイクノイズ判定用診断が実施される。   On the other hand, if the predicted value is in the range of Level 2, it is estimated that the increased value is likely to continue from the initial value, and diagnosis for non-spike noise determination such as vibration analysis of the equipment is performed.

もちろんカテゴライズされていない予測値や確率密度分布結果に基づいて、実施する診断方法または診断処理を切り替えてもよい。   Of course, the diagnostic method or the diagnostic processing to be performed may be switched based on the prediction value or the probability density distribution result that is not categorized.

図11は、時系列予測計算を開始する条件を満たした場合の概念図である。図11によって予測計算の開始条件を説明する。本実施の形態のメモリベースパーティクルフィルタの予測計算では、初期時刻をその条件を満たしたデータを測定した時刻T0とし、初期値をそのデータの値Y(T0)とする。   FIG. 11 is a conceptual diagram when the condition for starting the time-series prediction calculation is satisfied. The start condition of the prediction calculation will be described with reference to FIG. In the prediction calculation of the memory-based particle filter according to the present embodiment, the initial time is set to the time T0 at which data satisfying the condition is measured, and the initial value is set to the value Y (T0) of the data.

計測データ記憶部40に保存されたデータに基づいて、しきい値Ythが得られる。データD(T0)の初期値Y(T0)がしきい値Ythを超えたとする。   The threshold value Yth is obtained based on the data stored in the measurement data storage unit 40. It is assumed that the initial value Y (T0) of data D (T0) exceeds threshold value Yth.

この場合、初期値Y(T0)がしきい値Ythを超えていることから、予測計算を実施する条件を満たす。   In this case, since the initial value Y (T0) exceeds the threshold value Yth, the condition for performing the prediction calculation is satisfied.

図12は、メモリベースパーティクルフィルタ予測計算時における、初期粒子発生の概念図である。図12には、メモリベースパーティクルフィルタ予測計算時に、初期粒子をばら撒いた図の一例が示される。初期値Y(T0)を与えるデータD(T0)の周辺に、同じ大きさの粒子をばら撒き、初期粒子を発生させる。   FIG. 12 is a conceptual diagram of initial particle generation at the time of memory-based particle filter prediction calculation. FIG. 12 shows an example of a diagram in which initial particles are dispersed at the time of memory-based particle filter prediction calculation. Particles of the same size are scattered around data D (T0) giving the initial value Y (T0) to generate initial particles.

図13は、メモリベースパーティクルフィルタ予測計算時における、粒子の尤度計算処理の概念図である。   FIG. 13 is a conceptual diagram of a particle likelihood calculation process at the time of memory-based particle filter prediction calculation.

粒子の尤度計算処理では、はじめに類似度を算出する。類似度は、データD(T0)の初期値Y(T0)と、過去の時系列各データとの類似度を非特許文献1の式14に記載の方法などで算出し、その類似度の高い時刻を参照時刻Trefとする。なお、図13の参照時刻Trefは、初期値に最も類似したデータD(Tref)を測定した時刻とした。   In the particle likelihood calculation processing, similarity is calculated first. The similarity is calculated by calculating the similarity between the initial value Y (T0) of the data D (T0) and each piece of past time-series data by the method described in Equation 14 of Non-Patent Document 1, and the similarity is high. The time is set as a reference time Tref. The reference time Tref in FIG. 13 is the time when the data D (Tref) most similar to the initial value is measured.

参照時刻Trefから所定時間後の時刻Tref+ΔtにおけるデータY(Tref+Δt)を参照し、初期粒子に対して重みをつけ、初期時刻から所定時間後のT0+Δtの重み分布P2とする。   With reference to the data Y (Tref + Δt) at a time Tref + Δt that is a predetermined time after the reference time Tref, the initial particles are weighted, and a weight distribution P2 of T0 + Δt after a predetermined time from the initial time is set.

図14は、初期時刻から所定時間後のT0+Δtでの確率密度分布結果の出力例を示す図である。図14の縦軸は、図13で示した粒子の尤度を正規化した値を粒子の重みを示し、横軸は、その粒子の予測値(例えば実効値)を示している。   FIG. 14 is a diagram illustrating an output example of a probability density distribution result at T0 + Δt after a predetermined time from the initial time. The vertical axis of FIG. 14 represents the value obtained by normalizing the likelihood of the particle shown in FIG. 13, and the horizontal axis represents the predicted value (for example, the effective value) of the particle.

図15は、初期時刻から所定時間後のT0+Δtでの予測値(点推定値)の出力例を示す図である。図15においてこの予測値は、D(T0+Δt)で示される。図14に示した初期時刻から所定時間後の確率密度分布に基づいて、初期時刻から所定時間後のT0+Δtでの予測値(点推定値)D(T0+Δt)が演算される。なお、この点推定値は、粒子の重み平均値である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an output example of a predicted value (point estimation value) at T0 + Δt after a predetermined time from the initial time. In FIG. 15, this predicted value is indicated by D (T0 + Δt). A predicted value (point estimation value) D (T0 + Δt) at T0 + Δt after a predetermined time from the initial time is calculated based on the probability density distribution after a predetermined time from the initial time shown in FIG. Note that this point estimation value is a weighted average value of the particles.

以上説明した図11〜図15を用いて、本実施の形態で使用する時系列予測モデルである、メモリベースパーティクルフィルタを用いた手法について総括する。計測データ演算部50は、計測データ記憶部40に保存されたデータを参照し、メモリベースパーティクルフィルタを用いて初期時刻から所定時間後T0+Δtでの確率密度分布(図14)を算出し、算出された確率密度分布に基づいて、初期時刻から所定時間後T0+Δtでの予測値D(T0+Δt)を演算する。   A method using a memory-based particle filter, which is a time-series prediction model used in the present embodiment, will be summarized with reference to FIGS. The measurement data calculation unit 50 refers to the data stored in the measurement data storage unit 40, calculates a probability density distribution (FIG. 14) at T0 + Δt after a predetermined time from the initial time using a memory-based particle filter, and the calculated value is calculated. A predicted value D (T0 + Δt) at T0 + Δt after a predetermined time from the initial time is calculated based on the obtained probability density distribution.

より好ましくは、計測データ演算部50は、計測データ記憶部40から得られたデータD(T0)がしきい値Ythを超えた場合に限定して、しきい値Ythを超えたデータD(T0)を初期値とし、しきい値Ythを超えたデータD(T0)が計測された時刻T0を初期時刻T0として、予測計算を実行する。   More preferably, measurement data calculation unit 50 stores data D (T0) exceeding threshold value Yth only when data D (T0) obtained from measurement data storage unit 40 exceeds threshold value Yth. ) Is set as an initial value, and the prediction calculation is executed with the time T0 at which the data D (T0) exceeding the threshold Yth is measured as the initial time T0.

さらに好ましくは、計測データ演算部50は、初期値D(T0)と計測データ記憶部40に保存された各データとの類似度を求め、類似度の高い時刻Trefを探索し、探索によって得られた時刻から所定時間後Tref+ΔtでのデータD(Tref+Δt)を参照することにより、初期時刻T0から所定時間後T0+Δtでの時系列データD(T0+Δt)を予測する。   More preferably, the measurement data calculation unit 50 obtains a similarity between the initial value D (T0) and each data stored in the measurement data storage unit 40, searches for a time Tref having a high similarity, and obtains the similarity. The time series data D (T0 + Δt) at a time T0 + Δt after a predetermined time from the initial time T0 is referred to by referring to the data D (Tref + Δt) at a time Tref + Δt after the predetermined time.

以上説明した本実施の形態の状態監視装置によれば、例えば、しきい値を超えた取得データを検出した場合、その時刻以降の実績値がなくても、そのデータが一時的な上昇の可能性が高いか否かを、初期時刻から所定時間後の予測値とともに通知できる。   According to the state monitoring device of the present embodiment described above, for example, when the acquired data exceeding the threshold value is detected, the data can temporarily rise even if there is no actual value after that time. Whether the probability is high can be notified together with a predicted value after a predetermined time from the initial time.

例えばスパイク状ノイズ候補データを検出した場合、その時刻以降の実績値がなくても、初期時刻から所定時間後の予測結果に基づいた診断を実施できる。   For example, when spike noise candidate data is detected, a diagnosis can be performed based on a prediction result after a predetermined time from the initial time even if there is no actual value after that time.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 状態監視装置、10 風力発電装置、20 計測装置、30 計測データ収集部、40 計測データ記憶部、50 計測データ演算部、60 診断部。   1 state monitoring device, 10 wind power generation device, 20 measuring device, 30 measurement data collecting unit, 40 measurement data storage unit, 50 measurement data calculation unit, 60 diagnostic unit.

Claims (6)

計測装置と、
前記計測装置からデータを収集する計測データ収集部と、
前記計測データ収集部から得られたデータを保存する計測データ記憶部と、
前記計測データ記憶部から得られたデータを演算する計測データ演算部とを備え、
前記計測データ演算部は、
前記計測データ記憶部から得られたデータが、前記計測データ記憶部に保存されたデータに基づいて設定されたしきい値を超えない場合には、時系列データの予測計算を行なわず、
前記計測データ記憶部から得られたデータが、前記しきい値を超えた場合に、時系列予測モデルを用いて前記時系列データの予測計算を行なう、状態監視装置。
A measuring device,
A measurement data collection unit that collects data from the measurement device,
A measurement data storage unit that stores data obtained from the measurement data collection unit,
A measurement data calculation unit that calculates data obtained from the measurement data storage unit,
The measurement data calculation unit,
When the data obtained from the measurement data storage unit does not exceed a threshold set based on the data stored in the measurement data storage unit, the prediction calculation of the time-series data is not performed,
When the data obtained from the measurement data storage section exceeds the threshold value, the state monitoring device performs a prediction calculation of the time-series data using a time-series prediction model.
前記計測データ収集部が収集したデータに基づいて監視対象の状態を診断する診断部をさらに備え、
前記診断部は、前記計測データ演算部が実行した予測計算の結果に基づいて、処理の内容を切り替える、請求項1に記載の状態監視装置。
Further comprising a diagnostic unit for diagnosing the state of the monitoring target based on the data collected by the measurement data collection unit,
The state monitoring device according to claim 1, wherein the diagnosis unit switches processing contents based on a result of a prediction calculation executed by the measurement data calculation unit.
前記時系列予測モデルは、メモリベースパーティクルフィルタであり、
前記計測データ演算部は、前記計測データ記憶部に保存されたデータを参照し、前記メモリベースパーティクルフィルタを用いて初期時刻から所定時間後の確率密度分布を算出し、算出した前記確率密度分布に基づいて前記初期時刻から前記所定時間後の予測値を演算する、請求項1に記載の状態監視装置。
The time series prediction model is a memory-based particle filter,
The measurement data calculation unit refers to the data stored in the measurement data storage unit, calculates a probability density distribution after a predetermined time from an initial time using the memory-based particle filter, and calculates the calculated probability density distribution. The state monitoring device according to claim 1, wherein a predicted value after the predetermined time from the initial time is calculated based on the initial time.
前記しきい値を超えたデータを初期値とし、前記しきい値を超えたデータが計測された時刻を前記初期時刻とし、
前記計測データ演算部は、前記計測データ記憶部から得られたデータが前記しきい値を超えた場合に限定して、前記初期値と、前記初期時刻から予測計算を実行する、請求項3に記載の状態監視装置。
The data exceeding the threshold value as the initial value, the time when the data exceeding the threshold value is measured as the initial time,
The measurement data calculation unit executes the prediction calculation from the initial value and the initial time only when the data obtained from the measurement data storage unit exceeds the threshold value, according to claim 3, wherein State monitoring device as described.
前記計測データ演算部は、前記初期値と前記計測データ記憶部に保存された各データとの類似度を求め、
前記計測データ演算部は、前記類似度の高い時刻を探索し、探索によって得られた時刻から前記所定時間後のデータを参照することにより、前記初期時刻から前記所定時間後の時系列データを予測する、請求項4に記載の状態監視装置。
The measurement data calculation unit obtains a similarity between the initial value and each data stored in the measurement data storage unit,
The measurement data calculation unit searches for a time having a high degree of similarity and predicts time-series data after the predetermined time from the initial time by referring to data after the predetermined time from the time obtained by the search. The state monitoring device according to claim 4, which performs the operation.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の状態監視装置を備える、風力発電装置。   A wind turbine generator comprising the condition monitoring device according to claim 1.
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