JP5031088B2 - プラント状態監視方法、プラント状態監視用コンピュータプログラム、及びプラント状態監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラントが正常に運転されているか否かを判定するプラント状態監視方法、プラント状態監視に用いるコンピュータプログラム、及びプラント状態監視装置に関する。
本願は、２００８年２月２７日に出願された特願２００８−０４６６９６号、および２００８年１２月３日に出願された特願２００８−３０８８０２号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービン発電プラントや原子力発電プラント、あるいは化学プラントといった各種のプラントでは、プラントが正常に運転されているか否かを監視するため、温度や圧力といったプラントの状態量を取得し、監視する。プラントの監視においては、多数の状態量を監視する必要があり、また、状態量の傾向を監視してプラントが正常に運転されているか否かを判定するには熟練を要する。特許文献１には、マハラノビス距離を用いて、年間で季節変動などに応じて複数の基準空間（単位空間ともいう）を使い分けることにより、冷凍サイクル装置の運転状態を監視する技術が開示されている。この技術を、プラントの監視に適用することにより、多数の状態量を監視する場合でも、比較的簡易に監視できる。
特開２００５−２０７６４４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来技術では、定格負荷時において取得した状態量から作成した単位空間と、マハラノビス距離との関係によって、定格負荷時における異常の有無を判定することができるものの、起動時においては定格負荷時と運転状態が異なるため、正常な状態で起動しても異常と判定してしまう可能性がある。
また、上記プラントは、例えば、機器の経年劣化による性能低下が発生する場合があるが、このような経年劣化による性能低下を予め想定して、ある程度の性能低下は正常とみなしてプラントの運転を継続することがある。特許文献１に開示された技術では、年間で異なる基準空間を用いるが、同じ基準空間を用いている期間は、経年劣化による性能低下が発生したことを異常と判定する可能性がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、定格負荷時と運転状態が異なる起動時においても、また、機器の経年劣化による許容され得るレベルの性能低下時においても、プラントの状態が正常であるか否かを高精度で判定することができるプラント状態監視方法、そのコンピュータプログラム、及びプラント状態監視装置を提供することにある。

本発明のプラント状態監視方法の第一態様は、プラントの状態量に基づくマハラノビス距離を用いて前記プラントの運転状態を監視するためのプラント状態監視方法であって、前記プラントの起動運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第一の単位空間を、前記プラントの起動運転期間における状態量に基づいて作成する第一の単位空間作成工程と、前記プラントの負荷運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第二の単位空間を、前記プラントの負荷運転期間における状態量に基づいて作成する第二の単位空間作成工程と、を実行し、前記第一の単位空間作成工程では、前記プラントの起動運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第一の単位空間を作成し、前記第二の単位空間作成工程では、前記プラントの負荷運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第二の単位空間を作成することを特徴とする。

本発明のプラント状態監視方法の第一態様においては、前記第二の単位空間におけるデータを、前記プラントの負荷変化時、定負荷時の双方から収集してもよい。

本発明のプラント状態監視方法の第一態様においては、前記第一の単位空間および前記第二の単位空間を、所定の時間間隔で定期的に収集した状態量に基づいて作成してもよい。

プラントの状態量に基づくマハラノビス距離を用いてプラントの運転状態を監視するプラント状態監視装置のコンピュータによって実行されるプラント状態監視用コンピュータプログラムであって、前記プラントの起動運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第一の単位空間、および前記プラントの負荷運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第二の単位空間を、前記プラントの起動運転期間における状態量、および前記プラントの負荷運転期間における状態量に基づいてそれぞれ作成する単位空間作成ステップと、前記プラントの状態を評価する時に取得された前記プラントの状態量に基づいて、マハラノビス距離を求めるマハラノビス距離演算ステップと、前記マハラノビス距離と前記第一、第二の単位空間から得られる所定の閾値とに基づいて、前記プラントの状態を判定する状態判定ステップと、を前記コンピュータに実行させ、
前記単位空間作成ステップでは、前記プラントの起動運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第一の単位空間を作成し、前記プラントの負荷運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第二の単位空間を作成することを特徴とする。

プラントの状態量に基づくマハラノビス距離を用いて前記プラントの運転状態を監視するプラント状態監視装置であって、前記プラントの起動運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第一の単位空間を、前記プラントの起動運転期間における状態量に基づいて作成し、前記プラントの負荷運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第二の単位空間を、前記プラントの負荷運転期間における状態量に基づいて作成する単位空間作成手段と、前記プラントの状態を評価する時に取得された前記プラントの状態量に基づいて、マハラノビス距離を求めるマハラノビス距離演算手段と、前記マハラノビス距離演算手段により求められたマハラノビス距離と前記単位空間作成手段により作成された前記第一、第二の単位空間から得られる所定の閾値とに基づいて、前記プラントの状態を判定するプラント状態判定手段と、を備え、
前記単位空間作成手段は、前記プラントの起動運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第一の単位空間を作成し、前記プラントの負荷運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第二の単位空間を作成することを特徴とする。

本発明によれば、定格負荷時と運転状態が異なる起動時においても、また、機器の経年劣化による許容され得るレベルの性能低下時においても、プラントの運転状態が正常であるか否かを高精度で判定することができる。

本発明の第一の実施形態に係るプラント状態監視装置の構成例を示す模式図である。 第一の実施形態に係るプラント状態監視方法における単位空間を説明するための概念図である。 第一の実施形態に係るプラント状態監視方法の手順を示すフローチヤートである。 マハラノビス距離の概念を示す概念図である。 マハラノビス距離の時間変化を示す概念図である。 第一の実施形態に係るプラント状態監視方法における単位空間の作成手法を説明するための概念図である。 第二の実施形態に係るプラント状態監視方法の手順を示すフローチヤートである。

符号の説明

１…ガスタービン発電プラント、
２…圧縮機、
３…燃焼器、
４…タービン、
５…発電機、
６…ガスタービン、
１０…プラント状態監視装置、
１１…入出力部、
１２…処理部、
１２ａ…単位空間作成部、
１２ｂ…マハラノビス距離演算部、
１２ｃ…プラント状態判定部、
１３…記憶部、
１４…コントロールパネル

（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本実施形態では、本発明をガスタービンの発電プラントの状態監視に適用した例を説明するが、本発明が適用できる対象はこれに限定されるものではない。例えば、原子力発電プラントや、化学プラント等、多数の状態量を監視する必要のあるプラント全般に対して本発明は適用できる。

本実施形態は、ガスタービンの全運転期間を、起動運転期間（定格速度未満）、定格速度運転期間（定格速度以上、主に負荷運転）の２つの期間に分け、各期間の状態量監視に、マハラノビス距離を用いてプラントの状態が正常であるか否かを判定するものであり、マハラノビス距離を求める際や、プラントが正常であるか否かを判定する際に用いる単位空間を、起動運転期間及び定格速度運転期間の２つの運転状態のそれぞれについて、プラントの状態量に基づいて作成する点に特徴がある。

図１は、本実施形態に係るプラント状態監視装置の構成例を示す模式図である。プラント状態監視装置１０は、ガスタービン６を用いた発電プラント（ガスタービン発電プラント）１の状態（運転中の状態）を監視して、ガスタービン発電プラント１が正常に運転されているか否かを判定する。そして、ガスタービン発電プラント１が正常に運転されていないと判断される場合、プラント状態監視装置１０は、それを告知したり、正常でないと判断された状態量（例えば、ガスタービン６の各部の温度、あるいは圧力等）を特定したりする。

監視対象であるガスタービン発電プラント１は、ガスタービン６によって発電機５を駆動して電力を発生する。ガスタービン６は、圧縮機２と、燃焼器３と、圧縮機２を回転させるタービン４とを備えている。圧縮機２の吸気口から吸入された空気は圧縮機２で圧縮され、高温、高圧の空気となって燃焼器３へ導かれる。燃焼器３では、高温、高圧の空気に燃料が供給され、燃焼する。燃焼器３で燃焼した燃料は、高温、高圧の燃焼ガスとなってタービン４へ供給され、これを駆動する。これによってタービン４は回転する。

ガスタービン６の出力軸、すなわち、タービン４及び圧縮機２の回転軸は、発電機５に連結されている。これによって、ガスタービン６が運転されてタービン４が回転することによって得られる出力は発電機５に伝達される。このような構成により、ガスタービン６は発電機５を駆動して、発電機５に電力を発生させる。

プラント状態監視装置１０は、ガスタービン発電プラント１の状態を監視する。なお、本実施形態において、プラント状態監視装置１０は、１台のガスタービン発電プラント１の状態を監視するが、複数台のガスタービン発電プラント１の運転状態を監視してもよい。プラント状態監視装置１０は、例えば、コンピュータであり、入出力部（Ｉ／Ｏ）１１と、処理部１２と、記憶部１３とを備えて構成される。プラント状態監視装置１０は、いわゆるパーソナルコンピュータを利用して構成してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを組み合わせて構成してもよい。

処理部１２は、入出力部１１を介してガスタービン発電プラント１に取り付けられる各種の状態量検出手段（センサ類）から、ガスタービン発電プラント１の状態量を受け取る。各種の状態量検出手段は、起動開始から所定の時間間隔で定期的に対応する状態量を取得し、入出力部１１を介して処理部１２に入力している。ガスタービン発電プラント１の状態量は、例えば、発電機５の出力や、圧縮機２の吸入空気温度、あるいは、ガスタービン６の各部の温度や、圧力、振動、回転速度等である。ガスタービン発電プラント１の状態を監視する場合、例えば、５０個〜６０個程度の状態量が用いられる。ガスタービン発電プラント１の状態量は、電気信号の形でプラント状態監視装置１０の処理部１２へ送られる。処理部１２は、例えば、ＣＰＵで構成されており、記憶部１３上に存在するプログラム（コンピュータプログラム）と呼ぶ命令列を順に読み込み、解釈し、その結果に従ってデータを移動したり加工したりする。

なお、処理部１２は、専用のハードウェアによって実現されるものであってもよい。また、処理部１２の機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本実施形態に係るプラント状態監視方法の処理手順を実行してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや、周辺機器などのハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータが読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬媒体、あるいはコンピュータシステムに内蔵されるハードディスクのような記録装置のことをいう。さらに、「コンピュータが読み取り可能な記録媒体」とは、インターネットや、電話回線等の通信回線を介してコンピュータプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にコンピュータプログラムを保持するもの、その場合のサーバや、クライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間コンピュータプログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記コンピュータプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

なお、本実施形態に係るプラント状態監視方法は、予め用意されたコンピュータプログラムをパーソナルコンピュータや、ワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現できる。このコンピュータプログラムは、インターネット等の通信回線を介して配布することができる。また、このコンピュータプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって該記録媒体から読み出されることによって実行されるようにしてもよい。

処理部１２は、単位空間作成手段である単位空間作成部１２ａと、マハラノビス距離演算手段であるマハラノビス距離演算部１２ｂと、プラント状態判定手段であるプラント状態判定部１２ｃとを備える。本実施形態に係るプラント状態監視装置１０の機能は、単位空間作成部１２ａと、マハラノビス距離演算部１２ｂと、プラント状態判定部１２ｃとによって実現される。単位空間作成部１２ａは、入出力部１１を介して取得したガスタービン発電プラント１の状態に関する電気信号から、マハラノビスの単位空間を作成するための状態値（単位空間作成用状態値）に基づき、本実施形態に係るプラント状態監視方法に従って単位空間を作成する。単位空間とは、ガスタービン発電プラント１の状態が正常か否かを判定する際の判定の基準とするデータの集合体である。本実施形態では、ガスタービン発電プラント１の起動運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である起動時用単位空間（すなわち、第一の単位空間）を、同プラントの起動運転期間における状態量に基づいて作成する。また、ガスタービン発電プラント１の負荷運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である定格速度用単位空間（すなわち、第二の単位空間）を、同プラントの負荷運転期間における状態量に基づいて作成する。

マハラノビス距離演算部１２ｂは、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時に取得したガスタービン発電プラント１の状態値及び単位空間作成部１２ａによって作成された単位空間から、マハラノビス距離を求める。プラント状態判定部１２ｃは、マハラノビス距離演算部１２ｂが求めたマハラノビス距離及び単位空間作成部１２ａが作成した単位空間から得られる所定の閾値に基づいて、ガスタービン発電プラント１の状態を判定する。

プラント状態監視装置１０の入出力部１１には、出力手段であるコントロールパネル１４が接続される。コントロールパネル１４は、表示手段であるディスプレイ１４Ｄ及びプラント状態監視装置１０に対する指令を入力する入力手段１４Ｃが設けられる。プラント状態監視装置１０の記憶部１３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリや、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性のメモリ、ハードディスク装置や、光磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体、あるいはこれらを組み合わせて構成される。記憶部１３には、本実施形態に係るプラント状態監視方法を実現するためのコンピュータプログラムや、データ等が格納されている。処理部１２は、これらのコンピュータプログラムや、データを用いて、本実施形態に係るプラント状態監視方法を実現したり、ガスタービン発電プラント１の動作を制御したりする。なお、記憶部１３をプラント状態監視装置１０の外部に設け、通信回線を介してプラント状態監視装置１０が記憶部１３へアクセスできるように構成してもよい。

図２は、本実施形態に係るプラント状態監視方法における単位空間を説明するための概念図である。図２の下段が時間経過に伴うガスタービンの回転速度の変化の一例を示し、同図の上段が時間経過に伴う発電機５の出力の変化の一例を示す。ガスタービン６は、起動モータにより起動され、所定の回転速度に達すると、燃焼器３で燃焼された燃料がタービン４に供給され、回転速度を上げながら定格回転速度に達し、定格回転速度を持続するよう運転される。このとき、定格速度に達するまでの期間を起動運転期間、定格速度での期間を定格速度運転期間とする。

本実施形態では、起動運転期間と定格速度運転期間の２つの運転状態から、マハラノビス距離を求める際や、プラントが正常であるか否かを判定する際に用いる単位空間（起動時用単位空間、定格速度用単位空間）を作成するとともに、定格速度運転期間においては、図２の上段で示す出力が変化している負荷変化時Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、略一定の出力を発生させている定負荷時Ｌ２、Ｌ４の双方から単位区間作成のためのデータを取得して単位空間を作成する（従来技術では、定負荷時Ｌ２、Ｌ４のみ）。

図３は、本実施形態に係るプラント状態監視方法の手順を示すフローチャートである。
図４は、マハラノビス距離の概念を示す概念図である。図５は、マハラノビス距離の時間変化を示す概念図である。図６は、本実施形態に係るプラント状態監視方法における単位空間の作成手法を説明するための概念図である。本実施形態に係るプラント状態監視方法は、複数の状態量に基づいてガスタービン発電プラント１の状態が正常であるか否かを判定するにあたって、マハラノビス距離を利用してガスタービン発電プラント１が正常であるか否かを判定する。マハラノビス距離は、複数の変数（状態量）を処理する手法として広く用いられている。

マハラノビス距離を用いてガスタービン発電プラント１が正常であるか否かを判定する場合、マハラノビス距離を使って多次元データを１次元データに焼き直す。そして、単位空間と信号空間（単位空間以外のデータであり、例えば、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時の状態量）との違いをマハラノビス距離で見る。本実施形態では、単位空間から作られる行列を使って信号空間のマハラノビス距離を求める。これによって、データの異常性を表現できるようにしてある。次に、マハラノビス距離について説明する。

ガスタービン発電プラント１の状態を表す複数の状態量の合計数をｕとし、各状態量をそれぞれ変数Ｘに割り付け、変数Ｘ１〜Ｘｕでｕ個の状態量を定義する（ｕは２以上の整数）。次に、基準となるガスタービン発電プラント１の運転状態において、変数Ｘ１〜Ｘｕの状態量（単位空間作成用状態量）を、それぞれ合計ｖ個（２以上）収集する。本実施形態では、ガスタービン発電プラント１の起動運転中における同プラントの状態を評価する時点から所定の期間（第一の期間）だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間（すなわち、第二の期間）だけ過去に遡った時点までの状態量収集期間におけるガスタービン発電プラント１の状態量（すなわち、単位空間作成用状態量）とし、この状態量に基づいて起動時用単位空間を作成する。
また、ガスタービン発電プラント１の定格運転中における同プラントの状態を評価する時点から所定の期間（第三の期間）だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間（すなわち、第四の期間）だけ過去に遡った時点までの状態量収集期間におけるガスタービン発電プラント１の状態量（すなわち、単位空間作成用状態量）とし、この状態量に基づいて定格速度用単位空間を作成する。
したがって、基準となるガスタービン発電プラント１の運転状態は、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時点から所定の期間だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間だけ過去に遡った時点までの状態量収集期間におけるガスタービン発電プラント１の運転状態である。なお、以下では、単に、単位空間といった場合、起動運転期間であれば起動時用単位空間を指し、定格速度運転期間であれば定格速度用単位空間を指す。

変数Ｘ１〜Ｘｕのそれぞれの平均値Ｍｉ及び標準偏差σｉ（基準データのばらつき度合い）を、数式（１）及び数式（２）により求める。なお、ｉは項目数（状態量の数、整数）であって、ここでは１〜ｕに設定して変数Ｘ１〜Ｘｕに対応する値を示す。ｊは１〜ｖまでのいずれかの値（整数）をとり、それぞれの状態量の個数がｖ個であることを意味する。例えば、それぞれの状態量を６０個ずつ取得する場合、ｖ＝６０となる。ここで、標準偏差とは、状態量とその平均値との差を２乗したものの期待値の正平方根とする。

次に、演算され特徴を示す状態量である前述の平均値Ｍｉ及び標準偏差σｉを用いて、元の変数Ｘ１〜Ｘｕを、下記の数式（３）によってｘ１〜ｘｕに変換するという基準化を行う。すなわち、ガスタービン発電プラント１の状態量を、平均０、標準偏差１の確率変数に変換する。なお、下記の数式（３）において、ｊは１〜ｖまでのいずれかの値（整数）をとり、それぞれの状態量の個数がｖ個であることを意味する。

次に、変量を平均０、分散１に標準化したデータで分析を行うため、変数Ｘ１〜Ｘｕの相関関係、すなわち、変量の間の関連性を示す共分散行列（相関行列）Ｒ、及び共分散行列（相関行列）の逆行列Ｒ^−１を、下記の数式（４）で定義付ける。なお、下記の数式（４）において、ｋは項目数（状態量の数）であり、ここではｕとする。また、ｉや、ｐは、各状態量での値を示し、ここでは１〜ｕの値をとる。

このような演算処理の後で、特徴を示す状態量であるマハラノビス距離Ｄを、下記の数式（５）に基づいて求める。なお、数式（５）において、ｊは１〜ｖまでのいずれかの値（整数）をとり、それぞれの状態量の個数がｖ個であることを意味する。また、ｋは項目数（状態量の数）であり、ここではｕとする。また、ａ_１１〜ａ_ｋｋは、上述した数式（４）に示す共分散行列Ｒの逆行列Ｒ^−１の係数である。

マハラノビス距離Ｄは基準データ、すなわち、単位空間の平均値は１となり、ガスタービン発電プラント１の状態量が正常な状態では、概ね４以下に収まる。しかし、ガスタービン発電プラント１の状態量が異常になると、マハラノビス距離Ｄの値は大きくなる。このように、マハラノビス距離Ｄは、ガスタービン発電プラント１の状態量の異常の程度（単位空間からの離れ度合い）に応じて、値が大きくなるという性質を有する。

次に、本実施形態に係るプラント状態監視方法の手順を説明する。本実施形態に係るプラント状態監視方法は、図１に示すプラント状態監視装置１０によって実現できる。まず、図２に示すように、ステップＳ１００において、閾値Ｒｍ、Ｒｒを設定、または予め規定した値を閾値Ｒｍ、Ｒｒとする。なお、本実施形態においては、閾値Ｒｍを３００ｒｐｍ、閾値Ｒｒを２９４０ｒｐｍとする。次に、ステップＳ１０１で、回転速度Ｒを測定し、ステップＳ１０２で、測定した回転速度Ｒが閾値Ｒｍ以上であるか否かを判定し、回転速度Ｒが閾値Ｒｍ以上である場合には、ステップＳ１０３で、測定した回転速度Ｒが閾値Ｒｒ未満であるかを判定する。すなわち、図２に示す起動運転期間であるか、定格速度運転期間であるかを判定する。

そして、回転速度Ｒが閾値Ｒｍ以上でない場合には、ステップＳ１０１に戻り、再度、回転速度Ｒを測定し、起動運転期間であるか、定格速度運転期間であるかの判定を繰り返す。一方、回転速度Ｒが閾値Ｒｍ以上で、かつ、閾値Ｒｒ未満である場合には、起動運転期間であると判定し、ステップＳ１０４で、起動時用単位空間に対する状態量取得期間とする。また、回転速度Ｒが閾値Ｒｍ以上で、かつ、閾値Ｒｒ以上である場合には、定格速度運転期間であると判定し、ステップＳ１０５で、定格速度用単位空間に対する状態量取得期間とする。つまり、以下の処理では、回転速度Ｒが閾値Ｒｍ以上で、かつ、閾値Ｒｒ未満の間は、起動時用単位空間によって正常であるか異常であるかを判定し、回転速度Ｒが閾値Ｒｒ以上である間は、定格速度用単位空間によって正常であるか異常であるかを判定する。

ステップＳ１０６において、プラント状態監視装置１０の単位空間作成部１２ａは、現在の状態量取得期間において、ガスタービン発電プラント１から状態量を取得する。この状態量は、ガスタービン発電プラント１の運転中におけるものであるが、必ずしもガスタービン発電プラント１が運転中である必要はない。状態量は、例えば、ガスタービン発電プラント１に取り付けられる各種のセンサ類から所定の時間間隔で定期的に取得され、プラント状態監視装置１０の記憶部１３へ格納される。このため、いずれの期日においても、予め設定された時間間隔に応じて、起動開始から、起動運転期間及び定格速度運転期間、また、定格速度運転期間で、負荷変化時Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５及び定負荷時Ｌ２、Ｌ４のいずれにおいても状態量が取得されることとなる。

次に、ステップＳ１０７へ進み、当該運転日において、現在の運転期間における単位空間が作成されているか否かの判定を行う。すなわち、ステップＳ１０２、Ｓ１０３の判定結果から、ステップＳ１０４に移行して起動時用運転期間の状態量取得期間とした場合には、起動時用単位空間が作成されたか否か判定を行う。そして、当該運転日において起動時用単位空間が作成されていない場合には、ステップＳ１０８へ移行する。一方、起動時用単位空間が既に作成されている場合には、以下に説明するステップＳ１０８、Ｓ１０９を省略してステップＳ１１０へ移行する。同様に、ステップＳ１０２、Ｓ１０３の判定結果からステップＳ１０５へ移行して定格速度運転期間の状態量取得期間とした場合には、定格速度用単位空間が作成されたか否か判定を行う。そして、同様に定格速度用単位空間が作成されていない場合にはステップＳ１０８へ移行し、また、定格速度用単位空間が既に作成されている場合には、ステップＳ１１０へ移行する。

各運転期間において、対応する単位空間が作成されていない場合には、ステップＳ１０８として、単位空間作成部１２ａが単位空間作成用状態量を取得する。つまり、起動運転期間では、起動時用単位空間状態量を取得し、定格速度運転期間では、定格速度用単位空間状態量を取得する。単位空間作成用状態量は、ステップＳ１０６で取得され、記憶部１３に格納されているガスタービン発電プラント１の状態量から選択される。本実施形態では、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時点から所定の期間だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間だけ過去に遡った時点までの期間に収集されるガスタービン発電プラント１の状態量に基づいて、起動時用単位空間または定格速度用単位空間が作成される。

つまり、ガスタービン発電プラント１の起動運転中における同プラントの状態を評価する時点から所定の期間（第一の期間）過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間（第二の期間）過去に遡った時点までの期間に収集されるプラントの状態量に基づいて、起動時用単位空間を作成する。また、ガスタービン発電プラント１の定格速度運転中における同プラントの状態を評価する時点から所定の期間（第三の期間）過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間（第四の期間）過去に遡った時点までの期間に収集されるプラントの状態量に基づいて、定格速度用単位空間を作成する。

例えば、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時（評価時という）を、図６に示すＮ日のある時点とし、一方の所定の期間（第一の期間、あるいは第三の期間）をｍ日間とし、他方の所定の期間（第二の期間、あるいは第四の期間）をｎ日間とする。そして、評価時からｍ日だけ過去に遡った時点を基点とし、その時点からさらにｎ日だけ過去に遡った時点までの期間を、プラント１の状態量収集期間とする。この場合、Ｎ日のある時点のｍ＋ｎ日前からｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ）が作成される。同様に、評価時がＮ＋１日のある時点である場合、Ｎ＋１日のある時点のｍ＋ｎ日前からｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋１）が作成される。評価時がＮ＋２日のある時点である場合は、Ｎ＋２日のある時点のｍ＋ｎ日前からｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋２）が作成される。

Ｎ日のある時点を基準とすれば、評価時がＮ＋１日のある時点である場合、Ｎ日のある時点のｍ＋ｎ−１日前から、Ｎ＋１日のある時点のｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋１）が作成される。評価時がＮ＋２日のある時点である場合は、Ｎ日のある時点のｍ＋ｎ−２日前から、Ｎ＋２日のある時点のｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態値を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋２）が作成される。
なお、例えば、ガスタービン発電プラント１が設置され運転開始した日から所定のｍ＋ｎ日を経過していない場合には、上記処理を実行して単位空間を作成することができなくなってしまう。このため、このような場合には、運転開始した日からｎ日を経過するまでは、全ての日において取得された状態量を用いて単位空間を作成するものとし、また、ｎ日以上経過し、ｍ＋ｎ日経過するまでは、運転開始した日からｎ日間で取得された状態量を用いて単位空間を作成するものとすれば良い。

本実施形態では、評価時よりも過去に遡って設定される期間（本実施形態ではｎ日間）に取得された状態量を用いて単位空間を作成する。したがって、単位空間の作成においては、時間の経過に伴って日々新しい状態量がデータとして取り入れられる。それとともに、評価時が移行した分だけ、時間の経過に伴って古くなった状態量から順に、単位空間の作成から除かれる。上述したように、評価時がＮ日のある時点である場合、評価時からｍ日だけ過去に遡った時点から、同時点からｎ日だけ過去に遡った時点までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて単位空間Ａ（Ｎ）が作成される。そして、まる一日（２４時間）が経過して、評価時がＮ日のある時点からＮ＋１日のある時点に移行した場合は、Ｎ日のある時点からｍ−１日だけ過去に遡った時点から、同時点からｎ日だけ過去に遡った時点までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて単位空間Ａ（Ｎ＋１）が作成される。すなわち、評価時がＮ日のある時点からＮ＋１日のある時点に移行すると、評価時がＮ日のある時点であった時には収集されなかった状態量、すなわち、Ｎ日のある時点からｍ−１日だけ過去に遡った時点から、同時点から１日だけ過去に遡った時点までの１日間に収集される状態量が、単位空間Ａ（Ｎ＋１）の作成に取り入れられる。それとともに、評価時がＮ日のある時点であった時に収集された状態量、すなわち、Ｎ日のある時点からｍ＋ｎ−１日だけ過去に遡った時点から、同時点から１日だけ過去に遡った時点までの１日間に収集された状態量が、単位空間Ａ（Ｎ＋１）の作成から除かれる。

このように、本実施形態では、単位空間の作成に用いる状態値（単位空間作成用状態量）を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させ、ガスタービン発電プラント１の評価毎に新しい単位空間を作成する。このように、単位空間の作成に用いる情報を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、季節変動のみならず、例えば、部品の摩耗等による経年変化に起因して状態量が変化する場合のように、季節変動以外の要因で状態量が変化する場合でも、その影響を単位空間に反映させることができる。その結果、季節変動のみならず、季節変動以外で経年変化のように許容され、想定される要因によって状態量が変化する場合でも、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度の低下を抑制して、確実に正常、異常を判定できる。

また、特許文献１では、季節毎に複数の単位空間を用意しているが、例えば、冷夏や、暖冬のように、異常気象が発生した場合には、この影響を単位空間へ反映させることができない。その結果、特許文献１に開示された技術では、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度が低下して、例えば、正常であっても異常であると判定する可能性がある。本実施形態では、単位空間の作成に用いる情報を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、異常気象等の影響を単位空間に反映させることができる。その結果、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度の低下を抑制して、確実に正常、異常を判定できる。

また、特許文献１では、季節毎に複数の単位空間を用意する必要があったが、本実施形態では、単位空間の作成に用いる状態量（単位空間作成用状態量）を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、複数の単位空間を用意する必要はない。これにより、プラント状態監視装置１０が備える記憶部１３に占める単位空間の記憶領域を抑制できるので、プラント状態監視装置１０のハードウェア資源を有効に利用できる。また、本実施形態では、ガスタービン発電プラント１の評価毎に新しい単位空間を作成することから、プラント毎に単位空間を作成できる。その結果、それぞれのプラントの特性を考慮してプラントの状態を評価できるので、評価精度が向上する。

なお、ｎは、３０日以上８０日以下の範囲で選択することが好ましく、本実施形態ではｎ＝６０日である。また、ｍは、３日以上１０日以下の範囲で選択することが好ましく、本実施形態ではｍ＝１０日である。

本実施形態では、単位空間の作成に用いる状態量（単位空間作成用状態量）を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるが、ガスタービン発電プラント１の状態量が徐々に異常となるような場合、前記期間に評価時を含めてしまうと、単位空間の作成には異常な状態量の影響が入ってしまう。その結果、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度が低下する可能性がある。本実施形態では、評価時以前の所定の期間（本実施形態では、評価時を基点とするｍ日間）に取得した状態値は、単位時間の作成には用いない。これによって、単位空間の作成において、異常な状態量の影響が入る可能性を低減できるので、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度が低下する可能性が低減される。その結果、ガスタービン発電プラント１の状態量の異常が徐々に現れるような場合でも、これを検出することができる。

上述した手法により単位空間作成用状態量が取得されたら、ステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９で、単位空間作成部１２ａは、ステップＳ１０８で取得された単位空間作成用状態量から単位空間（すなわち、起動運転期間の場合には起動時用単位空間、定格速度運転期間の場合には定格速度用単位空間）を求める。本実施形態において、状態量はｕ個であり、単位空間はｕ次元の空間となる。次に、ステップＳ１１０へ進み、プラント状態監視装置１０のマハラノビス距離演算部１２ｂは、評価時におけるマハラノビス距離Ｄを求める。

マハラノビス距離Ｄは、数式（５）から求める。この場合、数式（５）中の共分散行列Ｒの逆行列Ｒ^−１は、ステップＳ１０９で求めた単位空間のデータ（状態量）から求められたものである。すなわち、マハラノビス距離Ｄは、対象となる起動運転期間または負荷運転期間のいずれかにおいて求められた起動時用単位空間または定格速度用単位空間のいずれかに基づいて求められる。また、数式（５）中のｘ_ｋｊは、評価時に取得したガスタービン発電プラント１の状態量が割り付けられた変数Ｘ_ｋｊを、数式（３）を用いて標準偏差１の確率変数に変換して得られたものである。ここで、ｋは状態量の数ｕであり、ｊは評価時において取得したガスタービン発電プラント１の状態量のそれぞれの個数である。

次に、ステップＳ１１１へ進み、閾値Ｄｃを設定する。ここで、ステップＳ１１０とステップＳ１１１との順序は問わない。上述したように、マハラノビス距離Ｄは、単位空間から離れれば離れるほど、すなわち、異常の程度に応じて大きな値を示す。マハラノビス距離Ｄは、基準データ、すなわち、単位空間の平均値は１となり、ガスタービン発電プラント１の状態量が正常な状態では、概ね４以下に収まる。したがって、例えば、閾値Ｄｃは、単位空間の最大値よりも大きい値で適宜設定することができる。また、閾値Ｄｃは、ガスタービン発電プラント１の固有の特性や、ガスタービン発電プラント１の製造ばらつき等を考慮して設定してもよい。また、閾値Ｄｃは、予め規定した値を用いることもできる。

図４は、発電機５の出力Ｐ及び圧縮機２の吸入空気温度θを単位空間作成用状態量として作成した単位空間Ａを示している。Ｂが状態量、すなわち、発電機５の出力Ｐ及び圧縮機２の吸入空気温度θの測定値である。単位空間Ａを示す実線が、閾値Ｄｃを示す。また、Ｄはマハラノビス距離を示す。評価時における状態量（図４に示す例では出力Ｐ及び吸入空気温度θ）が閾値Ｄｃ内に入っていれば（図４のＧ）、ガスタービン発電プラント１は正常であると判定でき、評価時における状態量が閾値Ｄｃを超えた場合（図４のＥ、Ｆ）には、ガスタービン発電プラント１は異常であると判定できる。図５に示す例では、時間Ｔ＝Ｔ６まではＤ＜Ｄｃなので、ガスタービン発電プラント１は正常であると判定されるが、Ｔ＝Ｔ７でＤ＞Ｄｃになるので、ガスタービン発電プラント１は異常であると判定できる。

ステップＳ１１２において、プラント状態監視装置１０のプラント状態判定部１２ｃは、ステップＳ１１０で得られたマハラノビス距離ＤとステップＳ１１１で設定された閾値Ｄｃとを比較する。ステップＳ１１２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、プラント状態判定部１２ｃが、ＤはＤｃ以下であると判定した場合、ガスタービン発電プラント１の状態は正常であると判定できる（ステップＳ１１３）。

ステップＳ１１２でＮｏと判定された場合、すなわち、プラント状態判定部１２ｃが、ＤはＤｃよりも大きいと判定した場合、ガスタービン発電プラント１の状態は異常であると判定できる（ステップＳ１１４）。この場合、ステップＳ１１５へ進み、プラント状態判定部１２ｃは、コントロールパネル１４のディスプレイ１４Ｄに、異常と判定されたマハラノビス距離Ｄを表示する。なお、ここで表示されるマハラノビス距離Ｄは、ステップＳ１１０で求められたものである。

次に、ステップＳ１１６へ進み、プラント状態判定部１２ｃは、例えば、直交表分析による項目有無の望大ＳＮ比の差から、異常である状態量の項目を推定する。異常の有無はマハラノビス距離Ｄから判断できるが、異常が発生した箇所はマハラノビス距離Ｄからでは判断できないからである。異常である状態量の項目を推定することにより、異常が発生した箇所の特定や、原因の究明が容易になる。プラント状態判定部１２ｃは、推定した異常がある状態量を、コントロールパネル１４のディスプレイ１４Ｄに表示する。直交表分析による項目有無の望大ＳＮ比の差が、異常である項目の状態量では大きくなるという性質をもっており、望大ＳＮ比の差が大きい項目、例えば、上位三つの項目を確認することで、異常となった要因を特定することができる。上述したステップＳ１０１〜Ｓ１１６は、ガスタービンの運転終了まで、所定の時間間隔で繰り返し、実行される。

上述した本実施形態によれば、起動運転期間と定格速度運転期間と、運転状態が異なるそれぞれにおいて、対応する期間内で取得した状態量から異なる単位空間を作成している。そして、マハラノビス距離を求める際、また、求めたマハラノビス距離に基づいてプラントが正常であるか否かを判定する際にも、評価時における期間が起動運転期間か定格速度運転期間かによって二つの単位空間のいずれかを選択し、マハラノビス距離を求め、正常か否かを判定している。このため、定格負荷時のみならず、定格負荷時と運転状態が異なる起動時においても、プラントの状態が正常であるか否かを高精度で判定することができる。また、定格速度運転期間において、負荷変化時と定負荷時との双方からデータを収集することで、定格速度運転期間において出力需要等により出力を変化させても、上記データから作成した単位空間により、誤判定してしまうことなく安定した運用が可能となる。

また、上記のとおり、状態量の取得は、起動時から所定の時間間隔で定期的に行い、取得時の回転速度に応じて、起動運転期間に適用するものか、定格速度運転期間に適用するものかを判断し、単位空間を作成し、また、マハラノビス距離を求めて正常か否かの判定を行っている。すなわち、状態量の取得の際には、所定の時刻や、所定の回転数を指定してデータを取得することなく、起動運転期間と、定格速度運転期間の区別なくデータ収集するだけで良く、データの収集における負荷を低減することができる。その一方で、起動運転期間及び定格速度運転期間のそれぞれにおいて、また、定格速度運転期間においては負荷変化時及び定負荷時のそれぞれを含むように、設定された時間間隔に応じてデータを群として収集することができ、これにより各期間の単位空間を好適に作成することができる。

また、マハラノビス距離を求める際や、プラントが正常であるか否かを判定する際に用いる単位空間を、プラントの状態を評価する時点から所定の期間だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間だけ過去に遡った時点までの期間に収集されたプラントの状態量に基づいて作成する。これによって、単位空間の作成に用いる情報を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、季節変動のみならず、許容され、想定される要因、例えば、経時変化による影響で状態量が変化する場合でも、その影響を単位空間に反映させることができる。その結果、状態量が変動する要因を単位空間へ反映させることができるので、ガスタービン発電プラントの状態の判定精度の低下を抑制して、確実に正常、異常を判定できる。

（第二の実施形態）
続いて、本発明の第二の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、上記第一の実施形態において既に説明した事項については、それらの説明を省略する。この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本実施形態では、本発明をガスタービンの発電プラントの状態監視に適用した例を説明するが、本発明が適用できる対象はこれに限定されるものではない。例えば、原子力発電プラントや化学プラント等、多数の状態量を監視する必要のあるプラント全般に対して本発明は適用できる。

本実施形態では、上記第一の実施形態において説明したマハラノビス距離を用いて、プラントの状態が正常であるか否かを判定する。特に、マハラノビス距離を求める際やプラントが正常であるか否かを判定する際に用いる単位空間（すなわち、第三の単位空間）を、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時点から所定の期間（すなわち、第五の期間）だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間（すなわち、第六の期間）だけ過去に遡った時点までの期間におけるガスタービン発電プラント１の状態量（すなわち、単位空間作成用状態量）に基づいて作成する（マハラノビス距離についての詳細な説明は省略する）。

本実施形態に係るプラント状態監視方法の手順を説明する。本実施形態に係るプラント状態監視方法は、図１に示すプラント状態監視装置１０によって実現できる（プラント状態監視装置についての詳細な説明は省略する）。
図７は、本実施形態に係るプラント状態監視方法の手順を示すフローチャートである。
まず、図７に示すように、ステップＳ２０１において、プラント状態監視装置１０の単位空間作成部１２ａは、ガスタービン発電プラント１から状態量を取得する。この状態量は、ガスタービン発電プラント１の運転中におけるものであるが、必ずしもガスタービン発電プラント１が運転中である必要はない。状態量は、例えば、ガスタービン発電プラント１に取り付けられる各種のセンサ類から所定の時間周期で定期的に取得され、プラント状態監視装置１０の記憶部１３へ格納される。

次に、ステップＳ２０２へ進み、単位空間作成部１２ａは、単位空間作成用状態量を取得する。単位空間作成用状態量は、ステップＳ２０１で取得され、記憶部１３に格納されているガスタービン発電プラント１の状態量から選択される。本実施形態では、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時点から所定の期間だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間だけ過去に遡った時点までの期間に収集されるガスタービン発電プラント１の状態量に基づいて、単位空間が作成される。

例えば、ガスタービン発電プラント１の状態を評価する時（評価時という）を、図６に示すＮ日のある時点とし、一方の所定の期間（第五の期間）をｍ日間とし、他方の所定の期間（第六の期間）をｎ日間とする。そして、評価時からｍ日だけ過去に遡った時点を基点とし、その時点からさらにｎ日だけ過去に遡った時点までの期間を、プラント１の状態量収集期間とする。この場合、Ｎ日のある時点のｍ＋ｎ日前からｍ日前までのｎ日間に収録されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ）が作成される。同様に、評価時がＮ＋１日のある時点である場合、Ｎ＋１日のある時点のｍ＋ｎ日前からｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋１）が作成される。評価時がＮ＋２日のある時点である場合は、Ｎ＋２日のある時点のｍ＋ｎ日前からｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋２）が作成される。
Ｎ日のある時点を基準とすれば、評価時がＮ＋１日のある時点である場合、Ｎ日のある時点のｍ＋ｎ−１日前から、Ｎ＋１日のある時点のｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋１）が作成される。評価時がＮ＋２日のある時点である場合は、Ｎ日のある時点のｍ＋ｎ−２日前から、Ｎ＋２日のある時点のｍ日前までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態値を用いて、単位空間Ａ（Ｎ＋２）が作成される。

本実施形態では、評価時よりも過去に遡って設定される期間（本実施形態ではｎ日間）に取得された状態量を用いて単位空間を作成する。したがって、単位空間の作成においては、時間の経過に伴って日々新しい状態量がデータとして取り入れられる。それとともに、評価時が移行した分だけ、時間の経過に伴って古くなった状態量から順に、単位空間の作成から除かれる。上述したように、評価時がＮ日のある時点である場合、評価時からｍ日だけ過去に遡った時点から、同時点からｎ日だけ過去に遡った時点までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて単位空間Ａ（Ｎ）が作成される。そして、まる一日（２４時間）が経過して、評価時がＮ日のある時点からＮ＋１日のある時点に移行した場合は、Ｎ日のある時点からｍ−１日だけ過去に遡った時点から、同時点からｎ日だけ過去へ遡った時点までのｎ日間に取得されたガスタービン発電プラント１の状態量を用いて単位空間Ａ（Ｎ＋１）が作成される。すなわち、評価時がＮ日のある時点からＮ＋１日のある時点に移行すると、評価時がＮ日のある時点であった時には収集されなかった状態量、すなわち、Ｎ日のある時点からｍ−１日だけ過去に遡った時点から、同時点から１日だけ過去に遡った時点までの１日間に収集される状態量が、単位空間Ａ（Ｎ＋１）の作成に取り入れられる。それとともに、評価時がＮ日のある時点であった時に収集された状態量、すなわち、Ｎ日のある時点からｍ＋ｎ−１日だけ過去に遡った時点から、同時点から１日だけ過去に遡った時点までの１日間に収集された状態量が、単位空間Ａ（Ｎ＋１）の作成から除かれる。

このように、本実施形態では、単位空間の作成に用いる状態値（単位空間作成用状態量）を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させ、ガスタービン発電プラント１の評価毎に新しい単位空間を作成する。このように、単位空間の作成に用いる情報を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、季節変動のみならず、例えば、部品の摩耗等による経年変化に起因して状態量が変化する場合のように、季節変動以外の要因で状態量が変化する場合でも、その影響を単位空間に反映させることができる。その結果、季節変動のみならず、季節変動以外で経年変化のように許容され、想定される要因によって状態量が変化する場合でも、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度の低下を抑制して、確実に正常、異常を判定できる。

また、特許文献１では季節毎に複数の単位空間を用意しているが、例えば、冷夏や暖冬のように、異常気象が発生した場合には、この影響を単位空間へ反映させることができない。その結果、特許文献１に開示された技術では、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度が低下して、例えば、正常であっても異常であると判定する可能性がある。本実施形態では、単位空間の作成に用いる情報を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、異常気象等の影響を単位空間に反映させることができる。その結果、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度の低下を抑制して、確実に正常、異常を判定できる。

また、特許文献１では季節毎に複数の単位空間を用意する必要があったが、本実施形態では、単位空間の作成に用いる状態量（単位空間作成用状態量）を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、複数の単位空間を用意する必要はない。これにより、プラント状態監視装置１０が備える記憶部１３に占める単位空間の記憶領域を抑制できるので、プラント状態監視装置１０のハードウェア資源を有効に利用できる。また、本実施形態では、ガスタービン発電プラント１の評価毎に新しい単位空間を作成することから、プラント毎に単位空間を作成できる。その結果、それぞれのプラントの特性を考慮してプラントの状態を評価できるので、評価精度が向上する。

単位空間作成用状態量として用いる状態量は、１日のうちのある時刻における情報を用いることが好ましい。このようにすれば、単位時間作成用情報は、１状態量あたりｍ個で済むので、単位時間作成用情報の量を低減できる。これにより、プラント状態監視装置１０が備える処理部１２の演算負荷を低減でき、また、記憶部１３に占める単位時間作成用情報の記憶領域を抑制できるので、プラント状態監視装置１０のハードウェア資源を有効に利用できる。ｎは、３０日以上８０日以下の範囲で選択することが好ましく、本実施形態ではｎ＝６０日である。また、ｍは、３日以上１０日以下の範囲で選択することが好ましく、本実施形態ではｍ＝１０日である。なお、単位空間作成用状態量として用いる状態量は、１日のうち複数の時刻における情報を用いてもよい。

本実施形態では、単位空間の作成に用いる状態量（単位空間作成用状態量）を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるが、ガスタービン発電プラント１の状態量が徐々に異常となるような場合、前記期間に評価時を含めてしまうと、単位空間の作成には異常な状態量の影響が入ってしまう。その結果、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度が低下する可能性がある。本実施形態では、評価時以前の所定の期間（本実施形態では、評価時を基点とするｍ日間）に取得した状態値は、単位時間の作成には用いない。これによって、単位空間の作成において、異常な状態量の影響が入る可能性を低減できるので、ガスタービン発電プラント１の状態の判定精度が低下する可能性が低減される。その結果、ガスタービン発電プラント１の状態量の異常が徐々に現れるような場合でも、これを検出することができる。

上述した手法により単位空間作成用状態量が取得されたら、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３で、単位空間作成部１２ａは、ステップＳ２０２で取得された単位空間作成用状態量から単位空間を求める。本実施形態において、状態量はＬ個であり、単位空間はＬ次元の空間となる。次に、ステップＳ２０４へ進み、プラント状態監視装置１０のマハラノビス距離演算部１２ｂは、評価時におけるマハラノビス距離Ｄを求める。

マハラノビス距離Ｄは、数式（５）から求める。この場合、数式（５）中の共分散行列Ｒの逆行列Ｒ^−１は、ステップＳ２０３で求めた単位空間のデータ（状態量）から求められたものである。すなわち、マハラノビス距離Ｄは、単位空間に基づいて求められる。また、数式（５）中のｘ_ｋｊは、評価時に取得したガスタービン発電プラント１の状態量が割り付けられた変数Ｘ_ｋｊを、数式（３）を用いて標準偏差１の確率変数に変換して得られたものである。ここで、ｋは状態量の数ｕであり、ｊは評価時において取得したガスタービン発電プラント１の状態量のそれぞれの個数である。

次に、ステップＳ２０５へ進み、閾値Ｄｃを設定する。ここで、ステップＳ２０４とステップＳ２０５との順序は問わない。上述したように、マハラノビス距離Ｄは、単位空間から離れれば離れるほど、すなわち異常の程度に応じて大きな値を示す。マハラノビス距離Ｄは、基準データ、すなわち、単位空間の平均値は１となり、ガスタービン発電プラント１の状態量が正常な状態では、概ね４以下に収まる。したがって、例えば、閾値Ｄｃは、単位空間の最大値よりも大きい値で適宜設定することができる。また、閾値Ｄｃは、ガスタービン発電プラント１の固有の特性やガスタービン発電プラント１の製造ばらつき等を考慮して設定してもよい。また、閾値Ｄｃは、予め規定した値を用いることもできる。

図４は、発電機５の出力Ｐ及び圧縮機２の吸入空気温度θを単位空間作成用状態量として作成した単位空間Ａを示している。Ｂが状態量、すなわち、発電機５の出力Ｐ及び圧縮機２の吸入空気温度θの測定値である。単位空間Ａを示す実線が、閾値Ｄｃを示す。また、Ｄはマハラノビス距離を示す。評価時における状態量（図４に示す例では出力Ｐ及び吸入空気温度θ）が閾値Ｄｃ内に入っていれば（図４のＧ）、ガスタービン発電プラント１は正常であると判定でき、評価時における状態量が閾値Ｄｃを超えた場合（図４のＥ、Ｆ）には、ガスタービン発電プラント１は異常であると判定できる。図５に示す例では、時間Ｔ＝Ｔ６まではＤ＜Ｄｃなので、ガスタービン発電プラント１は正常であると判定されるが、Ｔ＝Ｔ７でＤ＞Ｄｃになるので、ガスタービン発電プラント１は異常であると判定できる。

ステップＳ２０６において、プラント状態監視装置１０のプラント状態判定部１２ｃは、ステップＳ２０４で得られたマハラノビス距離ＤとステップＳ２０５で設定された閾値Ｄｃとを比較する。ステップＳ２０６でＹｅｓと判定された場合、すなわち、プラント状態判定部１２ｃが、ＤはＤｃ以下であると判定した場合、ガスタービン発電プラント１の状態は正常であると判定できる（ステップＳ２０７）。この場合、本実施形態に係るプラント状態監視方法は終了する。

ステップＳ２０６でＮｏと判定された場合、すなわち、プラント状態判定部１２ｃが、ＤはＤｃよりも大きいと判定した場合、ガスタービン発電プラント１の状態は異常であると判定できる（ステップＳ２０８）。この場合、ステップＳ２０９へ進み、プラント状態判定部１２ｃは、コントロールパネル１４のディスプレイ１４Ｄに、異常と判定されたマハラノビス距離Ｄを表示する。なお、ここで表示されるマハラノビス距離Ｄは、ステップＳ２０４で求められたものである。次に、ステップＳ２１０へ進み、プラント状態判定部１２ｃは、例えば、直交表分析による項目有無の望大ＳＮ（Signal/Noise）比の差から、異常である状態量の項目を推定する。異常の有無はマハラノビス距離Ｄから判断できるが、異常が発生した箇所はマハラノビス距離Ｄからでは判断できないからである。異常である状態量の項目を推定することにより、異常が発生した箇所の特定や原因の究明が容易になる。プラント状態判定部１２ｃは、推定した異常がある状態量を、コントロールパネル１４のディスプレイ１４Ｄに表示する。直交表分析による項目有無の望大ＳＮ比の差が、異常である項目の状態量では大きくなるという性質をもっており、望大ＳＮ比の差が大きい項目、例えば、上位三つの項目を確認することで、異常となった要因を特定することができる。

以上、本実施形態では、マハラノビス距離を求める際、または求めたマハラノビス距離に基づいてプラントが正常であるか否かを判定する際に用いる単位空間を、プラントの状態を評価する時点から所定の期間だけ過去に遡った時点から、同時点からさらに所定の期間だけ過去に遡った時点までの期間に収集されるプラントの状態量に基づいて作成する。これによって、単位空間の作成に用いる情報を取得する期間を、評価時の進行とともに移動させるので、季節変動のみならず、許容され、想定される要因、例えば、経時変化による影響で状態量が変化する場合でも、その影響を単位空間に反映させることができる。その結果、状態量が変動する要因を単位空間へ反映させることができるので、ガスタービン発電プラントの状態の判定精度の低下を抑制して、確実に正常、異常を判定できる。

本発明に係るプラント状態監視方法及びプラント状態監視用コンピュータプログラム、並びにプラント状態監視装置は、プラントの状態を監視して、異常の有無を判定することに有用であり、特に、異常の有無の判定精度を向上させることに適している。

Claims (5)

1. プラントの状態量に基づくマハラノビス距離を用いて前記プラントの運転状態を監視するためのプラント状態監視方法であって、
   前記プラントの起動運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第一の単位空間を、前記プラントの起動運転期間における状態量に基づいて作成する第一の単位空間作成工程と、
   前記プラントの負荷運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第二の単位空間を、前記プラントの負荷運転期間における状態量に基づいて作成する第二の単位空間作成工程と、
   を実行し、
   前記第一の単位空間作成工程では、前記プラントの起動運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第一の単位空間を作成し、
   前記第二の単位空間作成工程では、前記プラントの負荷運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第二の単位空間を作成することを特徴とするプラント状態監視方法。
2. 前記第二の単位空間におけるデータを、前記プラントの負荷変化時、定負荷時の双方から収集することを特徴とする請求項１に記載のプラント状態監視方法。
3. 前記第一の単位空間および前記第二の単位空間を、所定の時間間隔で定期的に収集した状態量に基づいて作成することを特徴とする請求項１又は２に記載のプラント状態監視方法。
4. プラントの状態量に基づくマハラノビス距離を用いてプラントの運転状態を監視するプラント状態監視装置のコンピュータによって実行されるプラント状態監視用コンピュータプログラムであって、
   前記プラントの起動運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第一の単位空間、および前記プラントの負荷運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第二の単位空間を、前記プラントの起動運転期間における状態量、および前記プラントの負荷運転期間における状態量に基づいてそれぞれ作成する単位空間作成ステップと、
   前記プラントの状態を評価する時に取得された前記プラントの状態量に基づいて、マハラノビス距離を求めるマハラノビス距離演算ステップと、
   前記マハラノビス距離と前記第一、第二の単位空間から得られる所定の閾値とに基づいて、前記プラントの状態を判定する状態判定ステップと、
   を前記コンピュータに実行させ、
   前記単位空間作成ステップでは、
   前記プラントの起動運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第一の単位空間を作成し、
   前記プラントの負荷運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第二の単位空間を作成することを特徴とするプラント状態監視用コンピュータプログラム。
5. プラントの状態量に基づくマハラノビス距離を用いて前記プラントの運転状態を監視するプラント状態監視装置であって、
   前記プラントの起動運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第一の単位空間を、前記プラントの起動運転期間における状態量に基づいて作成し、前記プラントの負荷運転期間の状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第二の単位空間を、前記プラントの負荷運転期間における状態量に基づいて作成する単位空間作成手段と、
   前記プラントの状態を評価する時に取得された前記プラントの状態量に基づいて、マハラノビス距離を求めるマハラノビス距離演算手段と、
   前記マハラノビス距離演算手段により求められたマハラノビス距離と前記単位空間作成手段により作成された前記第一、第二の単位空間から得られる所定の閾値とに基づいて、前記プラントの状態を判定するプラント状態判定手段と、
   を備え、
   前記単位空間作成手段は、
   前記プラントの起動運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第一の単位空間を作成し、
   前記プラントの負荷運転中における前記プラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間における前記プラントの状態量に基づいて、前記第二の単位空間を作成することを特徴とするプラント状態監視装置。

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