JP2024073353A - 水力発電ユニットの故障総合診断方法 - Google Patents
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Abstract
Description
水力発電ユニットの故障総合診断方法であり、
発電所配置データと、ユニット配置データと、設備配置データと、FMEA故障モード配置データと、診断ワークフロー配置データを取得する故障スキャン診断前の準備作業を行うステップ1と、
ビッグデータモデルアルゴリズム、ルール推論、故障事例マッチング法とフォルトツリー解析法を含む多種の診断方法を利用して発電所配置データと、ユニット配置データと、設備配置データを診断する故障診断を開始するステップ2と、
各診断方法の結果を取得するステップ3と、
複数の診断方法の診断結果に対して故障診断融合決定を行うステップ4と、
最終的な診断結果を得るステップ5と、を含む。
発電所コード、発電所配置データ関連ユニット情報テーブル、発電所配置データidが含まれる発電所配置データを取得するステップ1.1と、
ユニットコード、ユニット配置データ関連設備リスト、ユニット配置データidが含まれるユニット配置データを取得するステップ1.2と、
設備名、設備コード、設備配置データに関連されて導入されたシステム設備情報テーブルが含まれる設備配置データを取得するステップ1.3と、
すべての故障モード情報、設備ロジック位置を取得するステップ1.4と、を含む。
各診断方法の診断結果に対してフィルタ処理を行い、各診断方法の異なる故障モードの確率が最大の結果を取得するステップ4.1と、
各診断方法がフィルタ処理された結果に対して融合計算処理を行い、最終的な故障モードとその確率を取得するステップ4.2とを含む。
各ツールの結果に一つの故障モードしかない第1種について、表1のように行われる。
故障を故障トップイベント、中間イベントと基本イベントの三つのレベルに分け、故障トップイベントは複数の中間イベントを含み、中間イベントは複数の基本イベントを含むステップ1と、
各レベルの故障イベントの間はロジックゲートを通じて接続され、故障解析のツリー構造を形成するステップ2と、
各レベルの故障イベントは、相応な故障兆候に対応するステップ3と、を含む。
既知の故障モードと故障兆候の関係の経験データに基づいてルールを確立し、入力された故障兆候データに基づいて、故障モードの発生確率を判断するS1と、
設備の時系列データに対して解析モデルを構築し、関連する故障兆候が発生しているか否かを解析するS2と、
S2で解析された設備兆候データを該ルールのインタフェースに入力されたJSON構造にカプセル化し、S1で確立されたルールRESTインタフェースを要求するS3と、
ルールの実行エンジンによって処理RESTインタフェース要求を処理し、該ルールにデータを入力し、故障モードの発生確率を判定して出力するS4と、を含む。
本発明が提供する水力発電ユニットの故障総合診断方法により、異なるタイプの水力発電ユニットを診断することが可能であり、そして多種の診断方法を融合することで、最終的に確率の大きい診断結果を得て、診断の正確率を向上させる。
ステップ1、故障スキャン診断前の準備作業を行い、発電所配置データと、ユニット配置データと、設備配置データと、FMEA故障モード配置データと、診断ワークフロー配置データを取得し、
故障モードと影響解析(FMEA)は全ユニットレベル及び設備レベルの故障モード、故障兆候、故障タイプ、故障原因、特徴パラメータ、重大度、発生度、検出度の故障関連情報特徴に対して標準的な記述を行い、設備システム又は部品間の構造と機能結合関係に従って、ユニットシステムの故障モードと影響解析を確立する診断解析であり、
ステップ1.1、発電所コード、発電所配置データ関連ユニット情報テーブル、発電所配置データidが含まれる発電所配置データを取得し、
発電所配置データ関連ユニット情報テーブルは、ある発電所に含まれるすべてのユニット配置データである。
ユニット配置データ関連設備リストは、あるユニットに含まれるすべての設備配置データである。
設備配置データに関連されて導入されたシステム設備情報テーブルは、ある設備に含まれるすべてのサブ設備である。
診断方法1は、前記フォルトツリー解析法(FTA)は、定量解析方法であり、エンジニアが設備の信頼性と安全性の指標を決定し、適切な予防措置を決定するのに役立つことができる。フォルトツリー解析法は通常、FMEA(故障モードと影響解析)などの他の解析法と組み合わせて使用され、解析の正確性と信頼性を高める。フォルトツリー解析法のプロセスは、故障を故障トップイベント、中間イベントと基本イベントの三つのレベルに分け、故障トップイベントは複数の中間イベントを含み、中間イベントは複数の基本イベントを含み、各レベルの故障イベントの間はロジックゲートによって接続されることで、故障解析のツリー構造を形成し、各レベルの故障イベントは、相応な故障兆候に対応する。具体的な解析プロセスは、
システムで発生可能な事故または発生した事故によって提供された情報、またはFMEAに基づいて、FTAロジックモデルツリーを作成するS1と、
作成したロジックモデルツリーをFTAインスタンス化されたモデルツリーを生成するS2と、
FTAインスタンス化されたモデルツリーは、自身の故障診断アルゴリズムを用いて、アルゴリズムモデル、診断ルール、スクリプト及び測定点データを結合してフォルトツリー全体の解析、演繹を完成し、それによって故障発生確率を得るS3とを含む。
システムで発生可能な事故または発生した事故に基づいて、最も影響の大きいシステム故障をトップイベントとして選定する。そして、フォルトツリーのトップイベントのためにロジック設備と故障診断ツール(アルゴリズムモデル、診断ルール、スクリプト及び測定点)をバインドするS11と、
次に、システム故障の原因を段階的に中間イベントに分解し、そしてフォルトツリーのトップイベントのためにロジック設備と故障診断ツール(アルゴリズムモデル、診断ルール、スクリプト及び測定点)をバインドするS12と、
分解が不可能または不要なイベントを基礎イベント即ち下位イベントとする。そして、下位イベントのために故障診断ツールとデフォルトの発生確率を設定するS13と、
各フォルトツリーのノード間は論理関係計算法を用いて接続され(例えば、論理積、論理和)、これにより完全なロジックフォルトツリーの描画が完成するS14と、
フォルトツリーの描画が完了した後、完全性検査に合格すれば、ロジック故障の作成が完了するS15。
インスタンス化されたステーション、設備を選択することにより、ロジックモデルをインスタンス化されたモデルに変換するS21と、
インスタンス化過程で、ノードにバインドされたロジック設備、測定点などをバインドされた物理設備、物理測定点に変換するS22と、
ロジックアルゴリズムモデルを物理アルゴリズムモデルに変換するS22と、
フォルトツリーのノードにサブツリーが引用される場合、サブツリーもインスタンス化されたツリーに変換する必要があるS23と、
そして、ロジックフォルトツリーのモデル名をインスタンス化されたモデル名に変換し、ここで、フォルトツリーのインスタンスの作成が完了するS24。
インスタンス化されたフォルトツリーは正式に使用することができ、resultインタフェースを通じて呼び出すこともできるし、周期タスクを通じて自動的に実行することもできるS31と、
フォルトツリーノードにバインドされた診断アルゴリズムを取得し、異なるタイプの診断アルゴリズムに基づいて相応の診断インタフェースを呼び出し、診断結果を取得し、ノードアラーム結果及び確率に設定するS32と、
故障ノードにフォルトツリーがバインドされている場合、S32を繰り返し実行するS33と、
ステップS32で取得した故障確率をフォルトツリーに代入し、該ノードに故障診断アルゴリズムがバインドされていない場合、デフォルト設定の故障発生確率を取得する。FTA故障診断アルゴリズム、例えば最小カットセット、最小パスセットなどに基づいて、フォルトツリーのトップイベントが故障したかどうか、故障が発生する確率を分析、演繹するS34。
S1、既知の故障モードと故障兆候の関係の経験データに基づいて、ルール配置ツールにルールを確立し、入力された故障兆候データに基づいて、故障モードの発生確率を判断する。ルールがリリースされた後、RESTインタフェースサービスを提供する。
S1、測定点の時系列データに基づいて兆候計算を行い、各兆候は異なる計算ロジックに対応する。該期間にどのような兆候が発生したか、その兆候の信頼性を判断する。
S1、診断が必要な時間帯とユニット設備によって、KKSインスタンス化された設備ツリーに基づいて、対応する測定点の時系列データを検索する。
S4.1、ウィンドウtと波動閾値Mを設定し、時間tとなるウィンドウ内のユニットが安定的に運転しているか、すなわち有効電力の波動振幅(当該ウィンドウ内最大値-最小値)がMより小さいかどうかを判断し、
S4.2、ウィンドウを後ろにスライドさせ、判定ロジック1を繰り返す。
S1、水力発電ユニット及び故障に関する知識に基づいて、診断に用いられる知識及び関係モデルを設計し、知識ノードはシステム、サブシステム、ユニット、故障事例ライブラリ、FMEA(故障モードと影響解析)ライブラリ、FTA(フォルトツリー解析法)ライブラリ、早期アラーム情報、測定点などを含み、そして知識間の関連関係を整理して水力発電故障診断知識グラフの概念モデルを構築し、具体的には、
第1は、知識グラフは、実際の世界に存在する様々なエンティティまたはコンセプト及びその関係を記述するために使用され、最終的に巨大な意味ネットワーク図を配置する。ここで、ノードはエンティティまたはコンセプトを表し、エッジは属性または関係で配置される。
第2は、ノード(または本体)。コンセプトconcepts、エンティティ(entity)、プロパティ(attribute)、またはイベント(event)を表す。本体は、例えば1台の主変圧器、1人の業務員など、あるいは抽象的なコンセプト、例えばビッグデータプラットフォーム、知識グラフ、発電ユニットなど。
第3は、エッジ(または円弧)。セクションは「関係」に対応し、ノード間に存在する何らかのつながりを表す。エッジのラベルは、関係のタイプ、またはエンティティ間の関係(クラス関係、構成関係など)を表す。
ステップ4.1、各診断方法の診断結果に対してフィルタ処理を行い、各診断方法の異なる故障モードの確率が最大の結果を取得し、
ステップ4.2、各診断方法がフィルタ処理された結果に対して融合計算処理を行い、最終的な故障モードとその確率を取得する。
各ツールの結果に一つの故障モードしかない第1種について、表3のように行われる。
詳細な値取り説明、故障モードに基づいて、各故障モードごとに算出された最大確率を結果として、複数の故障モードがあれば複数のモードを取る[1]と、
診断根拠説明、どの故障モードに命中したか、兆候名と発生状況を羅列する[2]と、
兆候に基づく場合、質量不均衡が110条におけるある兆候の組合せに命中したと仮定し、各兆候の信頼性とその組合せの信頼性を羅列し、
特徴パラメータに基づく場合、故障モードが一連の特徴パラメータの計算を連結したと仮定し、該グループの特徴パラメータの計算結果及び計算方法を展示する。
詳細な値取り説明、故障モードに基づいて、各故障モードごとに算出された最大確率を結果として、複数の故障モードがあれば複数のモードを取る[1]と、
診断根拠説明、メカニズム兆候と特徴パラメータの2種類に分けられる[2]と、
兆候に基づく場合、今回計算に関与した兆候範囲は、何が発生したか、何が発生していないかを羅列し、兆候の組み合わせに基づいて故障モードの発生を推定し、
特徴パラメータに基づく場合、今回計算に関与した特徴パラメータを羅列する。
詳細な値取り説明、フォルトツリー解析法に基づいて、各フォルトツリー解析法のツリーが命中した故障モードを取るとともに、故障影響によってその故障モードで命中した全パスを見ることができる[1]と、
診断根拠説明、フォルトツリー解析法のツリーに、バインドされたアルゴリズム/ルールの故障モードノード、および発生の有無を羅列する[2]。
詳細な値取り説明、兆候または故障モードに基づいて、今回の推論の完全な関連グラフを形成する[1]と、
診断根拠説明、メカニズム兆候と特徴パラメータの2種類に分けられる[2]と、具体的は、
兆候に基づく場合、今回の計算に兆候が関与した場合は、兆候結果テーブルから関連兆候を取得し、兆候に基づいて該当する故障モード、故障原因及び処理措置を推論し、
特徴パラメータに基づく場合、今回の計算で兆候が見つからない場合は、特徴パラメータ計算のルールIDを起動することにより、相応の故障モードを見つけ、故障モードを通じて関連の故障原因処理措置などを推論する必要がある。
詳細な値取り説明、故障モードに基づいて、各故障モードごとに算出された最大確率を結果として、複数の故障モードがあれば複数のモードを取る[1]と、
診断根拠説明、各計算サブステップに基づいて、クリックして相応な根拠を表示する[2]。
故障事例、フォルトツリー解析法、ビッグデータモデルアルゴリズム、ルール、知識グラフの計算結果に基づいて、故障モードに基づいて合併し、ツールごとに確率が最大の3つの故障モードのデータを取って総合的に表示するとともに(表示戦略は調整可能)、故障兆候、故障タイプ、故障原因、特徴パラメータ、重大度、発生度、検出度などの情報融合出力を関連付け、設備状態に対する業務者の判断に科学的根拠を提供する。
図2に示すように、変圧器故障検出を例に故障診断の全プロセスを詳述する。
1、FMEA配置の実現方式は以下の通りである。
1.1、FMEA標準テンプレートを構築し、該標準にFMEAデータを追加し、配置が必要な設備を選択することと、
1.2、システム、サブシステム、設備、部品などの異なるレベルに従って、(多層レベル)設備に対応する故障モード、優先度などの情報を配置し、設備と故障モードの間の関連関係を実現することと、
1.3、配置されたすべての故障モードに対して特徴パラメータ及び故障兆候を自動的に取得し、又は故障モードに対応する特徴パラメータを手動で配置することと、
1.4、すべての故障モードに対応するリスク評価情報を配置し、重要度(S)、発生度(O)、検出度(D)などの情報を含み、最終的にFMEAの要約情報を形成すること。
2、変圧器故障事例マッチングの実現方法は以下の通りである。
2.1、変圧器の故障事例を手動で作成し、ロジック設備、インスタンス化された設備、故障モードと故障時間帯を選択する。
3.1、ルールの構築
[1]、ルールデータの設計
a)、入力データオブジェクトを作成し、3つ比率法に関連する6つの測定点を選択する。
a)、3つ比率法のロジック設計を完成し、順序に従って3つ比率法の実行プロセスをルール的に編成する。
b)、一般的なルールの設計プロセスは以下の通りである。
データの処理、データの加工を完成し、例えばオブジェクト構造から属性値を抽出するなど、データの加工を完了し、関数を用いて変数を処理して目標変数を得る。
[1]、ルールのインスタンス化、インスタンスを作成し、ルールが適用される設備を指定する。
知識体系の枠組みを構築し、ニーズに基づいて知識を分類し、各分類のタイプとプロパティ情報を明確にするとともに、知識間の関係を事前定義し、各種類の関係を明確にし、維持管理を行う。
知識の表示は、グラフが構築された出力対象、すなわち知識グラフの意味記述フレームワーク、Schema、エンティティ命名及びID体系を決定し、
知識表現標準語には、RDFSとOWLが含まれており、ここで、RDFSはクラスと属性に対する簡単な説明を提供し、RDFデータに語彙モデリングするための言語を提供する。より豊富な定義には、杉からOWL本体までの記述言語が必要である。
[1]、Schemaの定義
Schemaはすなわち知識グラフ中のエンティティ、プロパティ及び関係を明確に定義し、その実行可能な範囲を明確にし、すなわち知識グラフを定義するSchemaは知識グラフを構築する本体と等価である。
故障診断応用シーンの下で、Schema定義を基礎として、故障モード、兆候現象、設備に対して本体スペクトル構築を行い、スペクトルはエンティティ、プロパティ及びエンティティとエンティティ又はエンティティとプロパティの関係を含む。定義された本体をグラフ構築する。
知識融合の目標は本体間の連絡を確立することで、本体と本体間の知識グラフが相互にコミュニケーションでき、それらの相互操作を実現することである。
最初にタグ付きの故障サンプルを入力した後、フォーマット変換、時間整列、空データの除去などのデータの前処理を行う。次に、分類モデル(例えば、単純ベイズ、サポートベクターマシンなど)によってトレーニングを行う。
トレーニングデータはユニットの運転期間中に蓄積されたサンプルに由来し、大量の故障と正常なデータが含まれ、まとめることにより、サンプルライブラリを構築する。
6.1、変圧器ロジックFTAを作成し、FTAノードにロジック設備と故障モードを配置し、高温過熱(700oCより高い)ノードに3つ比率法ルールを配置するなど、配置可能なノードに故障診断方法を関連付ける。
作成プロセスは、モデル名、モデルkey、モデル説明を入力し、ここでのモデルkeyは純粋な数字ではなく、後のインタフェースで呼び出すときに使用する必要があり、keyとして使用する。OKに入ったら、保存に成功すれば、空白のプロセスが作成される。
[1]プロセス設計の開始
事例、ルール、FTA、知識マッブ、アルゴリズムモデルのプロセスノードイベントを設計パネルにドラッグし、異なる要素を矢印(シーケンスフロー)で接続する必要がある。
イベントは、endを選択
クラスは、固定値com.dhcc.flowable.common.listener.HttpTaskExecuteListener、
Nameの+番号を入力して、一つのフィールドを追加し、
名称は、固定値success
表現式は、responseResは固定されており、残りは実際のインタフェースのフィールドが何に等しいかに基づいて配置されている。例えば、実際のインタフェースの戻り値は{statusCode:0,data:[XXXXX]}であり、statusCodeが0で表されている場合、ここでは${responseRes.statusCode==0}に設定される。
Nameの+番号を入力し、一つのフィールドを追加し、
名称は、固定値errMsg、
表現式は、responseResは固定されており、残りは実際のインタフェースのエラー情報フィールドに基づいて配置されている。たとえば、実際のインタフェースの戻り値が{statusCode:-7777,errorMessage:‘エラー’}であれば、ここでは${responseRes.errorMessage}に設定し、
実行サウンドモニターの配置が完了したら、HTTPサービスタスクのその他のプロパティを配置する必要があり、
[3]、要求方法は、GETまたはPOSTを選択する
URL:${requestHost}を固定値として要求し、後のアドレスは実際の状況に基づいて記入し、
要求ヘッダーは、authorization:${authorization}は固定値であり、インタフェースがbodyを着信する必要がある場合は、2行目にContent-Type:application/jsonを配置し、着信する必要がない場合はContent-Type:application/x-www-form-urlencodedを配置し、
[4]、要求ボディは、固定値${requestBody}、インタフェースパラメータには変数requestBody及び対応する値を着信する必要があることを注意してください。該値はHTTPサービスを呼び出す際にパラメータとして着信される。
要求タイムアウト時間は、固定値100000(または実際の状況に応じて変更)であり、
応答変数名は、固定値responseResであり、
レスポンスをJSONとして保存し、固定値true。
発電所コード、発電所配置データ関連ユニット情報テーブル、発電所配置データidが含まれる発電所配置データを取得するステップ1.1と、
ユニットコード、ユニット配置データ関連設備リスト、ユニット配置データidが含まれるユニット配置データを取得するステップ1.2と、
設備名、設備コード、設備配置データに関連されて導入されたシステム設備情報テーブルが含まれる設備配置データを取得するステップ1.3と、
すべての故障モード情報、設備ロジック情報を取得するステップ1.4と、を含む。
ツールの結果に一つの故障モードしかない第1種について、表1のように行われる。
ツールの結果に一つの故障モードしかない第1種について、表3のように行われる。
Claims (10)
- 発電所配置データと、ユニット配置データと、設備配置データと、FMEA故障モード配置データと、診断ワークフロー配置データを取得する故障スキャン診断前の準備作業を行うステップ1と、
ビッグデータモデルアルゴリズム、ルール推論、故障事例マッチング法とフォルトツリー解析法を含む多種の診断方法を利用して発電所配置データと、ユニット配置データと、設備配置データを診断する故障診断を開始するステップ2と、
各診断方法の結果を取得するステップ3と、
複数の診断方法の診断結果に対して故障診断融合決定を行うステップ4と、
最終的な診断結果を得るステップ5と、を含むことを特徴とする水力発電ユニットの故障総合診断方法。 - ステップ1のサブステップは、
発電所コード、発電所配置データ関連ユニット情報テーブル、発電所配置データidが含まれる発電所配置データを取得するステップ1.1と、
ユニットコード、ユニット配置データ関連設備リスト、ユニット配置データidが含まれるユニット配置データを取得するステップ1.2と、
設備名、設備コード、設備配置データに関連されて導入されたシステム設備情報テーブルが含まれる設備配置データを取得するステップ1.3と、
すべての故障モード情報、設備ロジック位置を取得するステップ1.4と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。 - ステップ2において、各診断方法は1つの診断ノードを構成し、診断ノードはビッグデータモデルアルゴリズムノード、ルールノード、故障事例ライブラリノードとフォルトツリー解析法ノードを含み、診断時、同時にビッグデータモデルアルゴリズムノード、ルールノード、故障事例ライブラリノードとフォルトツリー解析法ノードに入って診断を行い、発電所配置データ、ユニット配置データ、設備配置データを順次診断することを特徴とする請求項1に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。
- ステップ3の結果テーブルは、ビッグデータモデルアルゴリズム結果テーブル、ルール結果テーブル、故障事例ライブラリ結果テーブル、およびフォルトツリー解析法結果テーブルを含むことを特徴とする請求項3に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。
- ステップ4のサブステップは、
各診断方法の診断結果に対してフィルタ処理を行い、各診断方法の異なる故障モードの確率が最大の結果を取得するステップ4.1と、
各診断方法のフィルタ処理された結果に対して融合計算処理を行い、最終的な故障モードとその確率を取得するステップ4.2とを含むことを特徴とする請求項4に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。 - 各ツールの結果に複数の故障モードがある第2種に対して、D-S証拠理論に基づく融合決定モデルを用いて計算する必要があることを特徴とする請求項6に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。
- フォルトツリー解析法のプロセスは、
故障を故障トップイベント、中間イベントと基本イベントの三つのレベルに分け、故障トップイベントは複数の中間イベントを含み、中間イベントは複数の基本イベントを含むステップ1と、
各レベルの故障イベントの間はロジックゲートを通じて接続され、故障解析のツリー構造を形成するステップ2と、
各レベルの故障イベントは、相応な故障兆候に対応するステップ3と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。 - ルール推論のプロセスは、
既知の故障モードと故障兆候の関係の経験データによってルールを確立し、入力された故障兆候データに基づいて、故障モードの発生確率を判断するS1と、
設備の時系列データに対して解析モデルを構築し、関連する故障兆候が発生しているか否かを解析するS2と、
S2で解析された設備兆候データを該ルールのインタフェースに入力されたJSON構造にカプセル化し、S1で確立されたルールRESTインタフェースを要求するS3と、
ルールの実行エンジンによって処理RESTインタフェース要求を処理し、該ルールにデータを入力し、故障モードの発生確率を判定して出力するS4と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。 - ビッグデータモデルアルゴリズムのプロセスは、まずタグ付き故障サンプルを入力した後、データ前処理を行い、それから分類モデルによってトレーニングを行い、予測を行う場合、データに対して同様の前処理作業を行い、分類モデルによって結果を出力することを含むことを特徴とする請求項1に記載の水力発電ユニットの故障総合診断方法。
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