KR102256980B1 - Gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning and method thereof - Google Patents

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Abstract

기계학습을 기반으로 한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 가스터빈 연소불안정 진단 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템은 연소부 내부에 장착되어 연소부 내부의 연소 데이터를 측정하는 센서부를 포함하는 연소부, 연소상태를 반영할 수 있는 특징들(features)을 선정하고, 여러 연소기들로부터 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득하고, 획득된 연소 데이터로부터 선정된 특징들을 계산하고, 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시키고, 인공 신경망 모델을 이용하여 연소기의 연소불안정 상태를 판단할 수 있다.A gas turbine combustion instability diagnosis system and a gas turbine combustion instability diagnosis method based on machine learning are disclosed. The gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention includes a combustion unit including a sensor unit installed inside the combustion unit to measure combustion data inside the combustion unit, and features that can reflect the combustion state. Select and acquire fully developed stable combustion data and fully developed unstable combustion data from several combustors, calculate selected features from the obtained combustion data, and use the calculated features as learning data. Using as, an artificial neural network model for diagnosis of combustion instability can be trained, and the combustion instability state of the combustor can be determined using the artificial neural network model.

Description

기계학습을 기반으로 한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법{Gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning and method thereof}Gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning and method thereof

본 발명은 가스터빈 연소 시, 연소불안정을 진단하는 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연소기 내부에서 측정된 연소 데이터들을 바탕으로 연소불안정 여부를 판단하기 위한 인공 신경망 모델을 학습시켜 실시간으로 연소 상태를 확인하고 가스터빈 연소의 불안정 여부를 빠르고 정확하게 진단할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for diagnosing combustion instability during combustion of a gas turbine, and more specifically, a combustion state in real time by learning an artificial neural network model for determining whether combustion instability is based on combustion data measured inside the combustor. It relates to a technology that enables quick and accurate diagnosis of gas turbine combustion instability.

일반적으로, 가스터빈은 압축기와 연소기와 터빈과 발전기로 구성되고 압축기로 고압이 된 공기와 열교환기로 고온이 된 연료가스를 연소기로 보내 연소시키면 그 연소 가스에 의해 터빈이 구동된다. In general, a gas turbine is composed of a compressor, a combustor, a turbine, and a generator, and when the high-pressure air by the compressor and the fuel gas which has become hot through a heat exchanger are sent to the combustor and burned, the turbine is driven by the combustion gas.

이러한 가스터빈은 연소기에서의 연소 온도가 1500℃정도까지 상승하고 내부에서 불안정 연소에 의한 압력 변동이나 화염 위치 변동이 발생해 국부적인 응력 집중이나 열사이클 변동이 발생해, 균열이 발생해 버리는 일이 있다. 연소기에 균열이나 파손이 발생하면, 연소기로 도입되는 공기량이 계획에서 벗어나 연소 이상이 발생하고 발전 효율이 저하하거나 경우에 따라서는 파손편이 터빈에 들어가고 날개를 손상시키는 문제가 있다. 따라서 조기에 균열이라든지 다양한 이상을 검출하는 것이 중요한 과제가 되고 있다.In such a gas turbine, the combustion temperature in the combustor rises to about 1500°C, and pressure fluctuations or flame position fluctuations due to unstable combustion occur inside, resulting in local stress concentration and thermal cycle fluctuations, causing cracks. have. When cracks or breakages occur in the combustor, there is a problem in that the amount of air introduced into the combustor deviates from the plan, and combustion abnormality occurs and power generation efficiency decreases, or in some cases, the broken piece enters the turbine and damages the blades. Therefore, it is an important task to detect cracks and various abnormalities early.

이러한 가스터빈 등의 플랜트의 이상 감시에 대해서는 예를 들면 배기실에 온도 검출기를 설치하고, 설치된 온도 검출기에 의해 얻어진 배기가스 흐름에 직교하는 평면 내의 온도 분포에서 단면 배기 온도 분포의 패턴 특징을 구하여 이상 원인 판정을 하는 가스터빈 연소 감시 장치가 제안되어 있다.For monitoring abnormalities in plants such as gas turbines, for example, a temperature detector is installed in the exhaust chamber, and the pattern characteristic of the exhaust temperature distribution in the cross-section is obtained from the temperature distribution in the plane orthogonal to the exhaust gas flow obtained by the installed temperature detector. A gas turbine combustion monitoring device for determining the cause has been proposed.

또한, 연소기에 표면 온도 분포를 검출하는 온도 검출기를 설치하고 이 온도 검출기에 의해 얻어진 표면 온도 분포에 기반하여 연소기의 이상 원인 판정을 하는 가스터빈 연소기 감시 장치가 제안될 수 있다. In addition, a gas turbine combustor monitoring device may be proposed that provides a temperature detector for detecting a surface temperature distribution in the combustor and determines the cause of an abnormality in the combustor based on the surface temperature distribution obtained by the temperature detector.

더불어, 가스터빈의 성능 열화나 고장 발생을 정밀하게 검출하기 때문에, 가스터빈 각부의 운전 데이터를 검출하고, 그 검출된 운전 데이터를 표준화해 소정 시간에 걸쳐 샘플링한 후, 그 샘플링된 데이터를 이동평균 처리하여 그 데이터에 기반하여 가스터빈의 운전 상태를 진단하도록 한 가스터빈의 운전 상태 진단 장치 기술이 제시될 수 있다. In addition, since the performance deterioration or failure of the gas turbine is precisely detected, operation data of each part of the gas turbine is detected, the detected operation data is standardized and sampled over a predetermined period of time, and then the sampled data is calculated as a moving average. An apparatus technology for diagnosing the operating state of a gas turbine that is processed to diagnose the operating state of the gas turbine based on the data may be presented.

그러나 이러한 기술은, 배기실이나 연소기에 마련한 온도 검출기에 의해 얻어진 온도 분포에서 온도 분포 패턴의 특징을 구하고 있기 때문에, 하나의 연소기에 다수의 온도 검출기가 필요하다는 문제점이 있었다.However, this technique has a problem in that a plurality of temperature detectors are required in one combustor because the characteristic of the temperature distribution pattern is obtained from the temperature distribution obtained by the temperature detector provided in the exhaust chamber or the combustor.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 연소기 내부에서 실시간으로 측정되는 연소 데이터를 학습된 인공 신경망 모델에 적용시켜 연소불안정 여부를 진단함으로써, 가스터빈의 불안정 연소에 의한 압력 변동, 화염 위치 변동으로 인한 국부적인 응력집중, 열사이클 변동에 따른 균열 등을 미연에 감지할 수 있는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 제공하는 것이다. The present invention was invented to solve the above problems, and by diagnosing combustion instability by applying combustion data measured in real time inside the combustor to a learned artificial neural network model, pressure fluctuations due to unstable combustion of a gas turbine, To provide a gas turbine combustion instability diagnosis system capable of detecting local stress concentration due to fluctuations in flame position and cracks due to heat cycle fluctuations in advance, and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same.

또한, 연소불안정 여부 판단을 위해 학습된 인공 신경망 모델을 미세 조정함으로써 보다 신속하고 정확하게 가스터빈의 연소불안정 여부를 판단함과 동시에 이를 알려 그에 상응하는 조치를 신속하게 취할 수 있도록 하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 제공하는 것이다. In addition, by fine-tuning the learned artificial neural network model to determine combustion instability, gas turbine combustion instability diagnosis, which determines whether the gas turbine is combustion instability more quickly and accurately, and at the same time informs it so that the corresponding measures can be taken quickly. It is to provide a system and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템은, 연소부 내부에 장착되어 연소부 내부의 연소 데이터를 측정하는 센서부를 포함하는 연소부, 연소상태를 반영할 수 있는 특징들(features)을 선정하고, 여러 연소기들로부터 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득하고, 획득된 연소 데이터로부터 선정된 특징들을 계산하고, 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시키고, 인공 신경망 모델을 이용하여 연소기의 연소불안정 상태를 판단하는 진단부 및 진단부의 판정에 따라 연소부의 운전을 제어하는 연소제어부를 포함할 수 있다.In the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, a combustion unit including a sensor unit mounted inside the combustion unit to measure combustion data inside the combustion unit, features that can reflect the combustion state Is selected, fully developed stable combustion data and fully developed unstable combustion data are obtained from various combustors, and selected features are calculated from the obtained combustion data, and the calculated features are learned. It may include a diagnostic unit for learning an artificial neural network model for diagnosis of combustion instability using the data, and a diagnosis unit for determining the combustion instability of the combustor using the artificial neural network model and a combustion control unit for controlling the operation of the combustion unit according to the determination of the diagnosis unit. have.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 특징들(features)은, 동압 신호로부터 획득될 수 있는 특징들(features)인 동압 신호의 크기, 동압 신호의 크기 변화율, 시간 영역 (time domain)에서 단위 프레임 내의 분포, 시간 영역(time domain)에서 단위 프레임 내의 분포 변화율, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 및 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 변화율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, features are the magnitude of the dynamic pressure signal, the rate of change in the magnitude of the dynamic pressure signal, and time, which are features that can be obtained from the dynamic pressure signal. Distribution within a unit frame in a time domain, a rate of change in distribution within a unit frame in a time domain, a frequency distribution within a unit frame in a frequency domain, and a rate of change in a frequency distribution within a unit frame in a frequency domain It may include at least one of.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 특징들(features)은, 특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이, 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 특징점(Corner, Edge)의 거리 차이 및 Scale Invariant - SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, features are, a difference in intensity or contrast between an image of a previous time and an image of a current time within a specific area, It may include at least one of a distance difference between a feature point (Corner, Edge) between an image of time and an image of current time, and Scale Invariant-Scale Invariant Feature Transform (SIFT).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 특징들(features)은, 온도의 크기 및 온도의 변화율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, features may include at least one of a size of a temperature and a rate of change of a temperature.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 특징들(features)은, 동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)를 포함할 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, features may include Dynamic Pressure Energy and Relative Entropy of Energy.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 진단부는, 천이(transient) 과정의 연소 데이터를 추가적인 학습 데이터로 이용하여 학습된 인공 신경망 모델에 미세 조정(fine tuning)을 수행할 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, the diagnosis unit performs fine tuning on the learned artificial neural network model by using combustion data of a transient process as additional training data. can do.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 인공 신경망 모델은, 단층 퍼셉트론(perceptron) 모델일 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, the artificial neural network model may be a single layer perceptron model.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법은, 연소상태를 반영할 수 있는 특징들(features)을 선정하는 단계, 여러 연소기들로부터 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득하는 단계, 획득된 연소 데이터로부터 선정된 특징들을 계산하는 단계, 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시키는 단계 및 인공 신경망 모델을 이용하여 연소기의 연소불안정 상태를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. The method for diagnosing combustion instability in a gas turbine according to an embodiment of the present invention includes the steps of selecting features that can reflect a combustion state, combustion data in a fully developed stable state from various combustors, and an unstable state. Acquiring (Fully developed unstable) combustion data, calculating selected features from the obtained combustion data, learning an artificial neural network model for combustion instability diagnosis using the calculated features as training data, and artificial neural networks It may include the step of determining the combustion instability state of the combustor using the model.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법에서, 특징들(features)은, 동압 신호로부터 획득될 수 있는 특징들(features)인 동압 신호의 크기, 동압 신호의 크기 변화율, 시간 영역 (time domain)에서 단위 프레임 내의 분포, 시간 영역(time domain)에서 단위 프레임 내의 분포 변화율, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 및 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 변화율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis method according to an embodiment of the present invention, features are the magnitude of the dynamic pressure signal, which are features that can be obtained from the dynamic pressure signal, the rate of change in the magnitude of the dynamic pressure signal, and time. Distribution within a unit frame in a time domain, a rate of change in distribution within a unit frame in a time domain, a frequency distribution within a unit frame in a frequency domain, and a rate of change in a frequency distribution within a unit frame in a frequency domain It may include at least one of.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법에서, 특징들(features)은, 특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이, 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 특징점(Corner, Edge)의 거리 차이 및 Scale Invariant - SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis method according to an embodiment of the present invention, features are, a difference in intensity or contrast between an image of a previous time and an image of a current time within a specific area, It may include at least one of a distance difference between a feature point (Corner, Edge) between an image of time and an image of current time, and Scale Invariant-Scale Invariant Feature Transform (SIFT).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법에서, 특징들(features)은, 온도의 크기 및 온도의 변화율 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, in the method for diagnosing combustion instability of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, features may include at least one of a size of a temperature and a rate of change of a temperature.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법에서, 특징들(features)은, 동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)를 포함할 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis method according to an embodiment of the present invention, features may include Dynamic Pressure Energy and Relative Entropy of Energy.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법에서, 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시키는 단계는, 천이(transient) 과정의 연소 데이터를 추가적인 학습 데이터로 이용하여 학습된 인공 신경망 모델에 미세 조정(fine tuning)을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis method according to an embodiment of the present invention, the step of learning an artificial neural network model for diagnosis of combustion instability by using the calculated features as learning data includes: It may further include performing fine tuning on the learned artificial neural network model using the additional training data.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법에서, 인공 신경망 모델은, 단층 퍼셉트론(perceptron) 모델일 수 있다. In addition, in the gas turbine combustion instability diagnosis method according to an embodiment of the present invention, the artificial neural network model may be a single layer perceptron model.

한편, 본 발명의 일 실시예로써, 전술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.Meanwhile, as an embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium in which a program for executing the above-described method on a computer is recorded may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법에 따르면, 여러 연소기들로부터 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득하고, 획득된 연소 데이터로부터 학습 데이터를 추출하여 연소불안정 여부 판단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시킬 수 있다.According to a gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same, combustion data in a fully developed stable state and combustion in a fully developed unstable state from various combustors An artificial neural network model for determining whether combustion instability is determined may be trained by acquiring data and extracting training data from the acquired combustion data.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법에 따르면, 천이(transient) 과정의 연소 데이터를 추가적인 학습 데이터로 이용하여 기 학습된 인공 신경망 모델을 더 정교하게 학습시킬 수 있다. According to a gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same, a previously learned artificial neural network model is further elaborated by using combustion data of a transition process as additional training data. You can learn to do it.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법에 따르면, 연소불안정 여부 판단 방법으로 인공 신경망 모델을 적용하여 보다 정확하고 신속하게 연소불안정 여부의 진단이 가능하다. According to the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same, an artificial neural network model is applied as a method for determining whether combustion instability is used, so that it is possible to diagnose combustion instability more accurately and quickly. Do.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 이를 이용한 가스터빈 연소불안정 진단 방법에 따르면, 신속한 연소불안정 여부의 진단이 가능하게 됨으로써 연소불안정 상태에 대한 알람을 실시간으로 표시할 수 있으며, 신속하게 가스터빈의 부하를 감소시켜 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.According to the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention and a gas turbine combustion instability diagnosis method using the same, an alarm for a combustion instability state can be displayed in real time by enabling rapid diagnosis of combustion instability. By quickly reducing the load on the gas turbine, safety accidents can be prevented in advance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 영역 A를 확대한 확대도이다.
도 3은 연소 상태에 따른 동압 신호의 크기를 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)는 안정한 상태에서의 동압 신호의 크기를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 불안정한 상태에서의 동압 신호의 크기를 나타낸 도면이다.
도 4는 주파수 영역에서 연소 상태에 따른 단위 프레임 내의 주파수 분포를 나타낸 도면이다. 도 4의 (a)는 안정한 상태의 단위 프레임 내의 주파수 분포를 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 불안정한 상태의 단위 프레임 내의 주파수 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 연소과정에서 측정된 이미지를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)는 안정한 상태의 화염(flame)을 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 불안정한 상태의 화염(flame)을 나타낸 도면이다.
도 6은 연소 데이터들을 이용하여 3개의 특징들을 계산하고, 이를 특징 공간(feature space)에 나타낸 도면이다.
도 7은 이진 분류(Binary classification) 모델을 사용하여 특징 공간(feature space)에서 참의 데이터와 거짓의 데이터를 분리하는 초평면(Hyperplane)을 생성 하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 인공 신경망 모델 중 퍼셉트론(Perceptron) 모델을 나타낸 도면이다.
도 9는 인공 신경망 모델 중 심층 신경망 모델을 나타낸 도면이다.
도 10은 퍼셉트론(Perceptron) 모델을 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계학습을 기반으로 한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 동압 에너지 (Dynamic Pressure Energy, DPE) 및 상대적 에너지 엔트로피 (Relative Entropy of Energy, ReEoE)를 단층 퍼셉트론 모델의 특징들(features)로 선정하여 학습 데이터로 이용한 결과를 특징 공간(feature space) 상에 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 천이과정(Transient) 연소 데이터(동압 신호)를 이용하여 이전에 학습된 퍼셉트론 모델을 미세 조정(Fine Tuning)하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계학습을 기반으로 한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템의 실증데이터 적용 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of an area A of FIG. 1.
3 is a diagram showing the magnitude of a dynamic pressure signal according to a combustion state. FIG. 3A is a diagram showing the magnitude of the dynamic pressure signal in a stable state, and FIG. 3B is a diagram showing the magnitude of the dynamic pressure signal in an unstable state.
4 is a diagram showing a frequency distribution in a unit frame according to a combustion state in a frequency domain. FIG. 4A is a diagram showing a frequency distribution in a unit frame in a stable state, and FIG. 4B is a diagram showing a frequency distribution in a unit frame in an unstable state.
5 is a view showing an image measured during the combustion process. FIG. 5A is a view showing a flame in a stable state, and FIG. 5B is a view showing a flame in an unstable state.
6 is a diagram illustrating three features calculated using combustion data and shown in a feature space.
7 is a diagram illustrating a method of generating a hyperplane that separates true data and false data in a feature space using a binary classification model.
8 is a diagram showing a Perceptron model among artificial neural network models.
9 is a diagram showing a deep neural network model among artificial neural network models.
10 is a diagram schematically illustrating a Perceptron model.
11 is a single layer perceptron model using dynamic pressure energy (DPE) and relative energy entropy (ReEoE) in a gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing a result of selecting as features of and using it as learning data on a feature space.
12 is a diagram illustrating a method of fine tuning a previously learned perceptron model using transient combustion data (dynamic pressure signal) according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing an example of application of empirical data to a gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning according to an embodiment of the present invention.
14 is a flowchart illustrating a method for diagnosing combustion instability in a gas turbine according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The terms used in the present specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. Terms used in the present invention have selected general terms that are currently widely used as possible while taking functions of the present invention into consideration, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다. When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. . In addition, when a part is said to be "connected" with another part throughout the specification, this includes not only the case of being "directly connected", but also the case of being connected "with another element in the middle."

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 영역 A를 확대한 확대도이다. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of area A of FIG. 1.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단시스템은 가스터빈과 같은 각종 연소기의 연소불안정을 탐지하고, 이를 활용하여 연소불안정을 감소시켜 가스터빈의 안정적이고 효율적인 운전이 가능할 수 있도록 한다. 이를 위해 가스터빈 연소불안정 진단시스템은, 연소부(10), 제어 프로세서(20) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 1 and 2, the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention detects combustion instability of various combustors such as a gas turbine, and utilizes this to reduce combustion instability of the gas turbine. It enables stable and efficient operation. To this end, the gas turbine combustion instability diagnosis system may include a combustion unit 10, a control processor 20, and the like.

이러한 구성의 가스터빈 연소불안정 진단시스템은 가스터빈 등 각종 연소기의 연소불안정을 탐지하고, 탐지한 연소불안정에 대응하여 부하를 감소시키는 방향으로 제어함으로써 가스터빈의 안정적이고 효율적인 운전이 가능하도록 한다. The gas turbine combustion instability diagnosis system of this configuration detects combustion instability of various combustors such as gas turbines and controls the load in response to the detected combustion instability, thereby enabling stable and efficient operation of the gas turbine.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 시스템의 구성을 살펴보면, 연소부(10)에는 연소를 위한 압축공기와 연료가 공급될 수 있다. 즉, 연소부(10)에서 연소된 가스는 가스터빈을 구동할 수 있는 동력원이 될 수 있다. 이러한 연소부(10) 내에서는 가스터빈의 동작 중에 압축공기, 연료의 부족, 혼합 비율 등의 다양한 원인으로 연소불안정이 발생할 수 있다. Specifically, referring to the configuration of the gas turbine combustion instability diagnosis system according to an embodiment of the present invention, compressed air and fuel for combustion may be supplied to the combustion unit 10. That is, the gas burned in the combustion unit 10 may become a power source capable of driving the gas turbine. In the combustion unit 10, combustion instability may occur due to various causes such as compressed air, insufficient fuel, and a mixing ratio during the operation of the gas turbine.

또한, 연소부(10) 내에는 연소부 내부에 장착되어 연소부 내부의 연소 데이터를 획득할 수 있는 센서부(미도시)를 포함할 수 있다. In addition, the combustion unit 10 may include a sensor unit (not shown) that is mounted inside the combustion unit to obtain combustion data inside the combustion unit.

센서부(미도시)는 연소기(10) 내부의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시), 연소기(10) 내부의 이미지를 획득할 수 있는 이미지 센서(미도시), 동압을 측정하는 동압센서(100)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 동압센서(100)는 연소부(10) 내에 장착되며, 연소부(10)와 연결되는 도관을 통해 연결될 수도 있다. 즉, 동압센서(100)는 연소불안정을 측정하기 위한 것으로 연소부(10) 내부의 연소 동압을 측정하여, 연소 동작 중에 연소부(10) 내부의 진동과 공진현상을 측정할 수 있다. The sensor unit (not shown) includes a temperature sensor (not shown) that measures the temperature inside the combustor 10, an image sensor (not shown) that can acquire an image inside the combustor 10, and a dynamic pressure sensor that measures dynamic pressure ( 100) may be included. For example, the dynamic pressure sensor 100 is mounted in the combustion unit 10 and may be connected through a conduit connected to the combustion unit 10. That is, the dynamic pressure sensor 100 is for measuring combustion instability, and may measure the combustion dynamic pressure inside the combustion unit 10 to measure vibration and resonance phenomena inside the combustion unit 10 during the combustion operation.

예를 들어, 동압센서(100)는 연소부(10) 내부의 동적 압력을 측정할 수 있는 센서가 될 수 있다. 또한, 연소부(10)는 동압센서(100)와 인접하게 연소부(10)의 연소 과정에서의 동압 신호를 측정하는 압력센서(120)와 압력센서(120)에서 발생한 신호를 측정하는 신호측정부(140) 등을 포함할 수 있다. For example, the dynamic pressure sensor 100 may be a sensor capable of measuring a dynamic pressure inside the combustion unit 10. In addition, the combustion unit 10 is adjacent to the dynamic pressure sensor 100, a pressure sensor 120 for measuring a dynamic pressure signal in the combustion process of the combustion unit 10 and a signal measurement for measuring a signal generated from the pressure sensor 120 It may include a unit 140 and the like.

이렇게 동압센서(100)를 통해 측정되는 연소부(10) 내부의 연소불안정은 일종의 공진현상이라 할 수 있다. 즉, 연소불안정으로 인한 공진현상으로 특정 주파수 성분이 지배적으로 커지는 현상을 의미한다.In this way, the combustion instability inside the combustion unit 10 measured through the dynamic pressure sensor 100 may be referred to as a kind of resonance phenomenon. In other words, it means a phenomenon in which a specific frequency component predominately increases due to a resonance phenomenon caused by combustion instability.

연소부(10)의 동압센서(100)와 신호측정부(120)를 통해 연소부(10)의 연소 과정에서 발생한 동압 신호는 제어 프로세서(20)로 전송될 수 있다. 즉, 제어 프로세서(20)로 전송된 동압 신호는 현재 연소 동작의 불안정 또는 안정 여부를 확인할 수 있는 데이터로 사용될 수 있다. The dynamic pressure signal generated in the combustion process of the combustion unit 10 through the dynamic pressure sensor 100 and the signal measuring unit 120 of the combustion unit 10 may be transmitted to the control processor 20. That is, the dynamic pressure signal transmitted to the control processor 20 may be used as data that can determine whether the current combustion operation is unstable or stable.

도 1을 참조하여, 제어 프로세서(20)에 대해 자세히 살펴보면, 제어 프로세서(20)는 민감도 분석부(22), 진단부(24), 연소제어부(26) 등을 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, when the control processor 20 is described in detail, the control processor 20 may include a sensitivity analysis unit 22, a diagnosis unit 24, a combustion control unit 26, and the like.

민감도 분석부(22)는 동압센서(100)에서 측정된 연소 동압에 따른 연소 동압 신호의 프레임의 개수 또는 프레임의 특정 길이를 결정하기 위하여 민감도를 분석하는 장치이다. The sensitivity analysis unit 22 is a device that analyzes sensitivity in order to determine the number of frames of the combustion dynamic pressure signal or a specific length of the frame according to the combustion dynamic pressure measured by the dynamic pressure sensor 100.

구체적으로 민감도란, 연소부(10)의 내부에서 측정된 동압 신호를 바탕으로 연소불안정 판별인자를 계산할 때, 계산되는 연소 동압 신호의 개수에 따라 판별인자의 수치(판별인자의 신뢰도)가 바뀌는 정도를 의미한다. 즉, 어느 일정 시간 동안의 연소 동작 중에 측정된 동압 신호에서 원하는 정보(연소불안정 판별인자)를 얻고자 할 때, 특정 신호 전체 영역이 아닌 특정 시간 길이를 갖는 프레임만 선택하여 계산할 수 있다. Specifically, sensitivity is the degree to which the value of the discrimination factor (the reliability of the discrimination factor) changes according to the number of calculated combustion dynamic pressure signals when the combustion instability discrimination factor is calculated based on the dynamic pressure signal measured inside the combustion unit 10. Means. That is, when obtaining desired information (combustion instability discrimination factor) from the dynamic pressure signal measured during a combustion operation for a certain period of time, it is possible to select and calculate only a frame having a specific length of time, not the entire area of the specific signal.

예를 들어, 동압센서(100)가 연소부 내부에서 동압 신호를 10kHz 주기로 측정하였다면, 1초 동안 10,000개의 연소 동압 신호를 획득할 수 있다. 여기에서 연소불안정 여부를 판단하기 위해서 1초 동안을 하나의 프레임으로 잡고 10,000개의 동압 신호를 이용하여 판별인자를 계산하는 것도 가능하나 연산량이 너무 많게 된다. 따라서, 각 프레임(계산할 특정 길이)을 특정 길이인 0.001~0.1초 구간으로 설정하면 10개 ~ 1000개의 측정 데이터를 연산하게 되므로 연산량을 감소시킬 수 있다. For example, if the dynamic pressure sensor 100 measures the dynamic pressure signal within the combustion unit at a 10 kHz period, 10,000 combustion dynamic pressure signals may be obtained for 1 second. Here, in order to determine whether the combustion instability is unstable, it is possible to calculate the discriminant factor using 10,000 dynamic pressure signals while holding a frame for 1 second, but the amount of calculation is too large. Therefore, if each frame (a specific length to be calculated) is set to a specific length of 0.001 to 0.1 second interval, 10 to 1000 measurement data are calculated, so the amount of calculation can be reduced.

이때, 특정 길이를 선정하기 위해 고려해야 할 것은, 특정 프레임 내에 충분한 신호(주파수)가 포함되어 있는지 여부이며, 이를 위해 특정 프레임 안의 신호 개수를 결정할 수 있도록 민감도 분석이 이루어지는 것이다. 즉, 민감도 분석부(22)는 민감도 분석 결과를 기초로 하나의 프레임에서 분석 가능한 분석 데이터 개수를 결정할 수 있는 것이다. At this time, what should be considered in order to select a specific length is whether a sufficient signal (frequency) is included in a specific frame, and for this purpose, a sensitivity analysis is performed to determine the number of signals in a specific frame. That is, the sensitivity analysis unit 22 may determine the number of analysis data that can be analyzed in one frame based on the sensitivity analysis result.

다만, 하나의 프레임 안에 포함되는 분석 데이터의 개수가 너무 적은 경우에는 연산량을 감소 시킬 수 있으나, 분석 데이터의 개수가 적어서 연소불안정 판단 결과에 오류를 포함하게 되거나 잘못된 결과를 나타낼 수 있다. 따라서, 하나의 프레임에서 분석 가능한 데이터 개수의 결정은 연소불안정 판별 결과의 오류 가능성, 연산량 등을 고려하여 충분한 개수를 가지도록 결정하여야 한다. However, if the number of analysis data included in one frame is too small, the amount of calculation may be reduced, but the number of analysis data is small, so an error may be included in the combustion instability determination result or an incorrect result may be displayed. Therefore, the determination of the number of data that can be analyzed in one frame must be determined to have a sufficient number in consideration of the possibility of errors in the result of determination of combustion instability and the amount of computation.

따라서, 이러한 민감도 분석으로 인해, 연소불안정 판단 진단을 위한 데이터 개수를 구체화할 수 있다. 즉, 민감도 분석을 통하여, 한 번의 계산(하나의 프레임)에서 사용 되는 데이터 개수를 선정하고, 이를 통해 선정된 데이터 개수만을 계산하여 연소 상태를 즉각적으로 판단 할 수 있다. 이러한 민감도 분석을 통해서 한번의 계산에서 사용되는 분석 데이터 개수를 감소시킴으로써 연산량을 감소시킬 수 있으며, 충분한 분석 데이터 개수를 선정함으로써 시계열의 분해능을 향상시킬 수 있다. Therefore, due to this sensitivity analysis, the number of data for determination and diagnosis of combustion instability can be specified. That is, through sensitivity analysis, the number of data used in one calculation (one frame) is selected, and only the selected number of data is calculated through this, so that the combustion state can be immediately determined. Through this sensitivity analysis, the amount of computation can be reduced by reducing the number of analysis data used in one calculation, and the resolution of the time series can be improved by selecting a sufficient number of analysis data.

본 발명의 일 실시예에 따른 진단부(24)는 연소불안정 판단을 위해서 연소상태를 반영할 수 있는 특징들(features)을 선정할 수 있다.The diagnosis unit 24 according to an embodiment of the present invention may select features that can reflect a combustion state in order to determine combustion instability.

연소 과정에서 해당 연소 상태를 반영하는 기본 정보는 압력, 빛, 열 등으로 나타날 수 있다. 이를 바탕으로 연소 과정에서 연소기(10) 내부에서 측정될 수 있는 연소 데이터는 동압 신호(Dynamic pressure, DP), 이미지, 온도 등을 포함할 수 있다.In the combustion process, basic information reflecting the corresponding combustion state may appear as pressure, light, and heat. Based on this, combustion data that can be measured inside the combustor 10 during the combustion process may include a dynamic pressure (DP), an image, a temperature, and the like.

즉, 연소 과정에서 측정할 수 있는 연소 데이터, 예컨대, 동압 신호, 이미지, 온도 등이 연소 불안정 여부를 진단하는 기초 데이터가 될 수 있다. That is, combustion data that can be measured during the combustion process, such as a dynamic pressure signal, an image, and a temperature, may be basic data for diagnosing combustion instability.

특징(feature)은 기계 학습(Machine Learning) 또는 패턴 인식(Pattern recognition)에서 주로 사용되는 용어로, 관찰 대상(연소 데이터)에서 발견되는 특성 또는 측정 가능한 성질을 의미한다. 따라서, 관찰 대상으로부터 정보성 (informative)이 있고, 차별성 (discriminating)이 있으며, 독립(independent)한 특징(feature)을 선정하는 것은 문제 해결 알고리즘에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 연소 데이터들로부터 적절한 연소 상태를 반영할 수 있는 특징(feature)을 선택해야 한다.Feature is a term commonly used in machine learning or pattern recognition, and refers to a characteristic or measurable property found in an observation object (burning data). Therefore, selecting a feature that is informative, discriminating, and independent from the object to be observed can have a significant influence on the problem-solving algorithm. Therefore, it is necessary to select a feature that can reflect an appropriate combustion state from the combustion data.

데이터를 입력 받아, 해당 데이터가 참인지 거짓인지 분류, 판별하는 문제, 즉 2 가지 상태로 데이터를 구분하는 문제를 이진 분류 (Binary classification) 모델이라고 한다. 즉, 연소 과정에서 측정 할 수 있는 연소 데이터로부터 연소가 안정(참) 한지 또는 불안정(거짓) 한지를 판별하는 문제이므로 이진 분류 (Binary classification) 모델을 적용하여 판단할 수 있다. The problem of classifying and determining whether the data is true or false by receiving data, that is, the problem of classifying data into two states is called a binary classification model. That is, since it is a problem of determining whether the combustion is stable (true) or unstable (false) from the combustion data that can be measured during the combustion process, it can be determined by applying a binary classification model.

일반적으로 이진 분류 (Binary classification) 모델에서 일반적으로 사용되는 방법은 의사 결정 트리(Decision trees), 임의의 숲(Random forests), 베이지안 네트워크(Bayesian networks), 클러스터링(Clustering), 커널 서포트 벡터 머신(Kernel Support Vector Machine), 신경망(Neural Network). 로지스틱 회귀(Logistic regression), 프로비트 모델(Probit model) 등을 포함할 수 있다.In general, the methods commonly used in binary classification models are Decision trees, Random forests, Bayesian networks, Clustering, and Kernel support vector machines. Support Vector Machine), Neural Network. Logistic regression, Probit model, etc. may be included.

인공 신경망에서 이진 분류 (Binary classification) 모델을 적용하기 위해서는 제한된 학습 데이터 수로 충분히 학습 되어야 하고, 분류(판별 안정, 불안정의 여부) 속도가 빨라야 하며, 분류 정확도가 높아야 한다.In order to apply a binary classification model in an artificial neural network, it must be sufficiently learned with a limited number of training data, the classification (discrimination stability, whether there is instability) must be fast, and the classification accuracy must be high.

따라서, 연소 불안정 여부를 진단하기 위한 모델로 이진 분류 (Binary classification) 모델을 적용하기 위해서는 제한된 학습 데이터들로 충분히 학습이 가능 해야 하고, 빠른 분류가 가능해야 하며, 분류 정확도가 높아야 한다.Therefore, in order to apply a binary classification model as a model for diagnosing combustion instability, it must be sufficiently learned with limited training data, fast classification must be possible, and classification accuracy must be high.

환언하면, 이진 분류 (Binary classification) 모델을 적용하기 위해서는 분류 정확도가 높으며, 분류가 명확하게 이루어 질 수 있어서 분류 속도가 빠르게 이루어 질 수 있으며, 충분히 학습 가능한 연소 데이터 및 이에 대응해서 계산될 수 있는 특징들(features)이 선정되어야 한다. In other words, in order to apply a binary classification model, the classification accuracy is high, the classification can be made clearly, so the classification speed can be achieved quickly, and the combustion data that can be sufficiently learned and features that can be calculated correspondingly Features should be selected.

이에, 열-음향학적 연소불안정 (Thermo-acoustic combustion instability) 상태에 대해 알려져 있는 일반적인 사실들을 살펴보기로 한다.So, let's look at the general facts known about the state of thermo-acoustic combustion instability.

열-음향학적 연소불안정은 열방출(Heat releases)과 연소기 내부의 음향장(Acoustic wave)의 위상이 일치되면서 공진 현상이 발생하여 내부 압력의 크기가 커지면서 발생하는 것으로 알려져 있다.It is known that thermo-acoustic combustion instability occurs when the phase of heat releases and acoustic wave inside the combustor coincide with the occurrence of resonance, resulting in an increase in the internal pressure.

예를 들면, 연소기 내부에서 안정한 상태의 압력은 그 크기가 작은 값(± 0.05[kPa])을 나타나지만, 불안정한 상태의 압력은 그 크기가 큰 값(약 ±0.8[kPa])으로 나타난다. For example, a pressure in a stable state inside the combustor shows a small value (± 0.05 [kPa]), but a pressure in an unstable state appears as a large value (about ± 0.8 [kPa]).

또한, 연소기 내부에서 안정한 상태의 압력은 일정하고 평평한 주파수 성분 분포를 갖지만, 불안정한 상태의 압력은 '열방출(Heat releases)과 연소기 내부의 음향장(Acoustic wave)의 위상이 일치'된 가진 주파수 성분이 지배적인 주파수 분포를 가지도록 나타난다.In addition, the pressure in a stable state inside the combustor has a constant and flat frequency component distribution, but the pressure in an unstable state is an excitation frequency component in which'the phase of heat releases and the acoustic wave inside the combustor are matched'. It appears to have a dominant frequency distribution.

일반적으로 연소 과정에서 해당 연소 상태를 반영하는 기본 정보는 압력, 빛, 열 등으로 나타날 수 있다. 이를 바탕으로 연소 과정을 측정할 수 있는 연소 데이터들은 동압 신호(Dynamic pressure, DP), 이미지, 온도 등을 포함할 수 있다. In general, in the combustion process, basic information reflecting the combustion state may appear as pressure, light, and heat. Combustion data capable of measuring the combustion process based on this may include a dynamic pressure (DP), an image, a temperature, and the like.

즉, 연소불안정 여부를 판단하기 위해서 연소 데이터들로부터 획득되거나 계산될 수 있는 특징들(features)은 동압 신호(Dynamic Pressure, DP), 이미지, 온도 등에서 계산되거나 획득될 수 있는 값들이 될 것이다. That is, features that can be obtained or calculated from combustion data in order to determine whether combustion is unstable will be values that can be calculated or obtained from a dynamic pressure signal (Dynamic Pressure, DP), an image, and a temperature.

예를 들어, 연소 데이터인 동압 신호로부터 획득될 수 있는 특징들(features)은 동압 신호의 크기, 동압 신호의 크기 변화율, 시간 영역 (time domain)에서 단위 프레임 내의 분포, 시간 영역(time domain)에서 단위 프레임 내의 분포 변화율, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 변화율 등을 포함할 수 있다.For example, features that can be obtained from the dynamic pressure signal as combustion data are the magnitude of the dynamic pressure signal, the rate of change in the magnitude of the dynamic pressure signal, the distribution within the unit frame in the time domain, and the time domain. It may include a distribution change rate within a unit frame, a frequency distribution within a unit frame in a frequency domain, a frequency distribution change rate within a unit frame in a frequency domain, and the like.

상기 동압 신호에서 획득된 특징들(features)이 어떻게 연소의 안정, 불안정 상태를 반영할 수 있는지 살펴보기로 하자.Let's look at how the features obtained from the dynamic pressure signal can reflect the stability and instability of combustion.

도 3은 연소 상태에 따른 동압 신호의 크기를 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)는 안정한 상태에서의 동압 신호의 크기를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 불안정한 상태에서의 동압 신호의 크기를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the magnitude of a dynamic pressure signal according to a combustion state. FIG. 3(a) is a diagram showing the magnitude of the dynamic pressure signal in a stable state, and FIG. 3(b) is a diagram showing the magnitude of the dynamic pressure signal in an unstable state.

도 3을 참조하면, 연소가 안정(도 3의 (a)의 경우)하게 유지된다면 내부의 동압 신호의 크기는 ±0.05[kPa]를 넘지 않는다. 하지만 연소가 불안정(도 3의 (b)의 경우)하게 유지되면 한계 사이클에 도달 했을 때의 내부의 동압 신호의 크기는 약 ±0.8[kPa]가 된다.Referring to FIG. 3, if the combustion is maintained to be stable (in the case of (a) of FIG. 3), the magnitude of the internal dynamic pressure signal does not exceed ±0.05 [kPa]. However, if the combustion remains unstable (in the case of Fig. 3(b)), the magnitude of the internal dynamic pressure signal when the limit cycle is reached becomes about ±0.8 [kPa].

따라서, 연소기 내부에서 동압 신호를 측정하여, 그 크기가 ±0.05[kPa] 이내 이면 해당 연소 상태는 안정한 상태이고, 그 크기가 ±0.8[kPa]이면 해당 연소 상태는 불안정한 상태로 판단할 수 있다. 즉, 동압 신호에서 획득되는 특징인 '동압 신호의 크기'는 연소가 안정한지 불안정한지에 대한 상태(정보)를 반영할 수 있는 것이다.Therefore, if the dynamic pressure signal is measured inside the combustor and the magnitude is within ±0.05[kPa], the combustion state is stable, and if the magnitude is ±0.8[kPa], the combustion state can be determined as an unstable state. In other words,'the magnitude of the dynamic pressure signal', which is a characteristic acquired from the dynamic pressure signal, can reflect the state (information) of whether combustion is stable or unstable.

도 4는 주파수 영역에서 연소 상태에 따른 단위 프레임 내의 주파수 분포를 나타낸 도면이다. 도 4의 (a)는 안정한 상태의 단위 프레임 내의 주파수 분포를 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 불안정한 상태의 단위 프레임 내의 주파수 분포를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing a frequency distribution in a unit frame according to a combustion state in a frequency domain. FIG. 4A is a diagram showing a frequency distribution in a unit frame in a stable state, and FIG. 4B is a diagram showing a frequency distribution in a unit frame in an unstable state.

도 4를 참조하면, 연소가 안정(도 4의 (a)의 경우)하게 유지되면 해당 동압 신호는 주파수 성분에서 일정하고 평평한 분포를 보이지만, 연소가 불안정(도 4의 (b)의 경우)하게 유지되면 해당 동압 신호의 주파수는 가진 되는 주파수에서만 큰 크기를 갖는 분포를 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, when combustion is maintained to be stable (in the case of (a) of FIG. 4), the dynamic pressure signal shows a constant and flat distribution in the frequency component, but the combustion becomes unstable (in the case of (b) of FIG. 4). If maintained, it can be seen that the frequency of the dynamic pressure signal shows a distribution with a large magnitude only at the excitation frequency.

따라서, 연소기 내부에서 동압 신호를 측정하여, 그 주파수 분포가 일정하고 평평한 분포를 보이면 해당 연소 상태는 안정한 상태이고, 그 주파수 분포가 좁으면 해당 연소 상태는 불안정한 상태로 판단할 수 있다. 즉, 동압 신호에서 획득되는 특징인'주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포'는 연소가 안정한지 불안정한지에 대한 상태(정보)를 반영할 수 있는 것이다.Therefore, if the dynamic pressure signal is measured inside the combustor and the frequency distribution is constant and shows a flat distribution, the combustion state is stable, and if the frequency distribution is narrow, the combustion state can be determined as an unstable state. That is, the'frequency distribution within a unit frame in the frequency domain', which is a characteristic acquired from the dynamic pressure signal, can reflect the state (information) of whether combustion is stable or unstable.

또한, 연소부 내부에서 획득된 이미지에서 계산되거나 획득될 수 있는 특징들(features)은 특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이, 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 특징점(Corner, Edge)의 거리 차이, Scale Invariant - SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 등을 포함할 수 있다.In addition, the features that can be calculated or obtained from the image acquired inside the combustion unit are the difference in intensity or contrast between the image at the previous time and the image at the current time within a specific area, and the image at the previous time. And the distance difference between feature points (Corner, Edge) between the image and the current time, Scale Invariant-Scale Invariant Feature Transform (SIFT), and the like.

연소부 내부의 이미지에서 획득된 특징들(features)이 어떻게 연소의 안정, 불안정 상태를 반영할 수 있는지 살펴보기로 하자.Let's look at how the features acquired from the image inside the combustion section can reflect the stability and instability of combustion.

도 5는 연소과정에서 측정된 이미지를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)는 안정한 상태의 화염(flame)을 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 불안정한 상태의 화염(flame)을 나타낸 도면이다. 5 is a view showing an image measured during the combustion process. FIG. 5A is a view showing a flame in a stable state, and FIG. 5B is a view showing a flame in an unstable state.

도 5를 참조하여, 특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이를 살펴보면, 연소가 안정(도 5의 (a)의 경우)하게 유지되면 화염(flame)은 시간에 따라 그 밝기(intensity)가 일정하다. 하지만 연소가 불안정(도 5의 (b)의 경우)하게 유지되면 화염(flame)은 시간에 따라 그 밝기(intensity)가 일정하지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, looking at the difference in intensity or contrast between an image of a previous time and an image of a current time within a specific area, when the combustion is maintained to be stable (in the case of (a) of FIG. 5), the flame ( flame) has a constant intensity over time. However, if the combustion is maintained unstable (in the case of (b) of FIG. 5), it can be seen that the intensity of the flame is not constant over time.

따라서, 연소기 내부에서 실시간으로 이미지들을 측정하여, 특정 영역의 밝기 또는 명암이 시간에 따라 일정하다면 해당 연소 상태는 안정한 상태이고, 특정 영역의 밝기 또는 명암이 시간에 따라 일정하지 않다면 해당 연소 상태는 불안정한 상태로 판단할 수 있다. 즉, 이미지에서 획득되는 특징(feature)인 '특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이'는 연소가 안정한지 불안정한지에 대한 상태(정보)를 반영할 수 있는 것이다.Therefore, by measuring images inside the combustor in real time, if the brightness or contrast of a specific region is constant over time, the combustion state is stable, and if the brightness or contrast of a specific region is not constant over time, the combustion state is unstable. It can be judged by the state. In other words,'the difference in intensity or contrast between the image of the previous time and the image of the current time', which is a feature acquired from an image, reflects the state (information) of whether the combustion is stable or unstable. It can be done.

또한, 연소부 내부의 온도에서 획득되거나 계산될 수 있는 특징들(features)은 온도의 크기, 온도의 변화율 등을 포함할 수 있다.In addition, features that can be obtained or calculated from the temperature inside the combustion unit may include a temperature size, a rate of change of temperature, and the like.

다음으로 특징 공간(feature space)에 대하여 살펴보기로 하자.Next, let's look at the feature space.

특징 공간(feature space)은 연소 데이터들을 통해 얻어진 특징들(features)을 각각의 축으로 하는 공간을 말한다. 연소데이터들로부터 계산되는 특징들(features)이 n개 라면, 이를 바탕으로 생성되는 특징 공간(feature space)은 n차원 공간이 된다. The feature space refers to a space in which features obtained through combustion data are used as respective axes. If there are n features calculated from the combustion data, a feature space generated based on this is an n-dimensional space.

특징 공간(feature space)의 역할 및 특징은 다음과 같다.The roles and features of the feature space are as follows.

측정된 연소 데이터들에서 여러 특징들(features)을 계산하여 연소 불안정을 판별할 때, 특징 공간(feature space)은 여러 특징들(features) 간의 관계를 공간 상에서 표현하여 측정된 연소 데이터들의 연소 상태에 대한 이해를 도울 수 있다. When determining combustion instability by calculating various features from the measured combustion data, the feature space expresses the relationship between the various features on the space and indicates the combustion state of the measured combustion data. Can help you understand.

도 6은 연소 데이터들을 이용하여 3개의 특징들을 계산하고, 이를 특징 공간(feature space)에 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating three features calculated using combustion data and shown in a feature space.

구체적으로는 연소기 내부에서 동압 신호와 이미지를 측정하여 '동압 신호의 크기', '주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포', '특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이'의 3가지 특징들(features)을 계산하고, 이를 특징 공간(feature space)에 표현한 도면이다.Specifically, the dynamic pressure signal and image are measured inside the combustor, and'the size of the dynamic pressure signal','the frequency distribution within a unit frame in the frequency domain','the brightness between the image at the previous time and the image at the current time within a specific area. This is a diagram in which three features of'(intensity) or contrast difference' are calculated and expressed in a feature space.

도 6을 참조하면, 각각의 특징들(features)은 연소의 안정 또는 불안정 여부의 상태를 반영하므로, 서로 비슷한 영역상에 표현됨을 확인할 수 있다. 즉, 안정한 연소 과정에서 획득된 특징들(features)이 불안정한 연소 과정에서 획득된 특징들(features)과 서로 구분되어 공간을 형성하고 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, since each feature reflects a state of stable or unstable combustion, it can be seen that they are expressed on similar regions. That is, it can be seen that features acquired in a stable combustion process are separated from features acquired in an unstable combustion process to form a space.

다만, 연소 불안정 여부를 판별할 때, 측정된 연소 데이터에서 단일 특징(feature)만 이용하여 연소 상태를 판정할 경우, 안정과 불안정을 명확하게 판별 할 수 없다.However, when determining whether combustion is unstable or not, when determining the combustion state using only a single feature from the measured combustion data, stability and instability cannot be clearly identified.

예를 들어, 연소기 내부에서 동압 신호를 측정하고 동압 신호에서 획득된 특징인 '동압 신호의 크기'를 이용하여 연소불안정을 판별한다고 가정하자. 이때, 동압 신호의 크기가 얼마 이상이 될 때 '연소 과정이 불안정하다.'라고 판별할 기준이 가장 중요한 문제가 된다. 센서 자체의 측정오류(Outlier), 연소 과정의 복잡성 때문에 발생하는 동압 신호의 떨림(fluctuation) 등의 이유 때문에, 단일 특징(feature)인 '동압 신호의 크기'(단일 특징)만으로는 불안정과 안정의 판정 기준을 명확하게 정하기 어려울 수 있다.For example, suppose that a dynamic pressure signal is measured inside a combustor and combustion instability is determined by using the'magnitude of dynamic pressure signal' which is a characteristic acquired from the dynamic pressure signal. At this time, when the magnitude of the dynamic pressure signal is more than a certain amount, the criterion for determining that'the combustion process is unstable' becomes the most important problem. For reasons such as measurement error (outlier) of the sensor itself and fluctuation of the dynamic pressure signal caused by the complexity of the combustion process, the determination of instability and stability with only a single feature, the'dynamic pressure signal size' (single feature) It can be difficult to set standards clearly.

일반적으로 연소가 안정하다면, 그 동압 신호의 크기는 ±0.05[kPa] 이내가 된다. 다만, 도 3의 (a)를 참조하면, 센서 자체의 측정오류 또는 연소 과정에서 발생하는 떨림(fluctuation)에 의해서 0.35, 0.43, 0.82초 등의 데이터에서 일반적으로 안정한 상태의 동압 신호의 크기에서 벗어나는 것을 확인할 수 있다.In general, if combustion is stable, the magnitude of the dynamic pressure signal is within ±0.05 [kPa]. However, referring to (a) of FIG. 3, due to a measurement error of the sensor itself or fluctuation occurring in the combustion process, data such as 0.35, 0.43, and 0.82 seconds deviate from the magnitude of the dynamic pressure signal in a generally stable state. Can be confirmed.

따라서, 연소 불안정 여부를 판별할 때, 여러 특징들(features)을 이용하면 연소 상태의 불안정 여부를 명확하게 판별 할 수 있다.Therefore, when determining whether combustion is unstable, it is possible to clearly determine whether the combustion state is unstable by using various features.

예를 들어, 연소기 내부에서 동압 신호를 측정하고, 동압 신호로부터 '동압 신호의 크기' 및 '주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포'의 2 개의 특징들(features)을 획득하고, 이 특징들 (features)을 이용하여 연소 불안정을 판별한다고 가정하자. 2 개의 특징들(features)을 이용하여 연소 불안정을 판별할 때와 단일 특징(feature)을 이용했을 때와 가장 큰 차이점은 연소 불안정을 판별할 2개의 기준이 존재한다는 것이다. For example, a dynamic pressure signal is measured inside the combustor, and two features of'the magnitude of the dynamic pressure signal' and'frequency distribution within a unit frame in the frequency domain' are obtained from the dynamic pressure signal. Suppose you use features to determine combustion instability. The biggest difference between determining combustion instability using two features and using a single feature is that there are two criteria for determining combustion instability.

앞에서 전술한 바와 같이, 연소 상태가 안정하게 유지되는 경우, 동압 신호의 크기는 작고 해당 신호의 주파수 분포(주파수 영역에서 단위 프레임 내의 주파수 분포)는 일정하고 평평하게 나타난다. 또한, 연소 상태가 불안정하게 유지되는 경우, 동압 신호의 크기는 크고, 해당 신호의 주파수 분포는 좁게 나타난다. As described above, when the combustion state is maintained stably, the magnitude of the dynamic pressure signal is small and the frequency distribution (frequency distribution in the unit frame in the frequency domain) of the corresponding signal appears constant and flat. In addition, when the combustion state is maintained unstable, the magnitude of the dynamic pressure signal is large, and the frequency distribution of the signal appears narrow.

즉, 이러한 두 가지의 기준이 있다면, 단일 특징(feature)을 이용 했을 때 발생할 수 있는 문제(센서 자체의 측정 오류 또는 연소 과정에서 발생하는 떨림(fluctuation))에 대한 해결책이 될 수 있다. 왜냐하면 센서의 측정오류 또는 떨림(fluctuation)이 생겨서 동압 신호의 크기는 기준 값을 초과하지만 주파수 분포가 일정하고 평평하게 유지되면 해당 연소 상태는 안정하다고 판별할 수 있기 때문이다. 즉, 두 가지 기준(특징)을 통해 연소 불안정 여부를 명확하게 판별할 수 있다. That is, if there are these two criteria, it can be a solution to a problem that may occur when a single feature is used (measurement error of the sensor itself or fluctuation occurring in the combustion process). This is because the size of the dynamic pressure signal exceeds the reference value due to measurement error or fluctuation of the sensor, but if the frequency distribution is kept constant and flat, the combustion state can be determined to be stable. In other words, it is possible to clearly determine whether combustion is unstable through two criteria (features).

즉, 연소 불안정 여부를 판별 할 때, 여러 특징들(features)을 이용하면 단일 특징(feature)을 사용하는 경우보다 더 정확하고 명확하게 연소 불안정 여부를 판별할 수 있다. That is, when determining whether combustion instability is detected, if several features are used, it is possible to more accurately and clearly determine whether combustion instability is used than in the case of using a single feature.

예를 들면, 연소기 내부에서 동압 신호를 측정하고, 측정된 동압 신호에서 '동압 신호의 크기' 및 '주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포'의 2가지 특징들(features)을 획득하여 연소불안정 여부를 판별한다고 가정하여 보자. For example, by measuring a dynamic pressure signal inside the combustor, and obtaining two features of the measured dynamic pressure signal: the magnitude of the dynamic pressure signal and the frequency distribution within a unit frame in the frequency domain. Suppose you want to determine whether combustion is unstable.

여기에서, 연소 불안정 여부를 판별 함에 있어서, '동압 신호의 크기' 및 '주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포' 는 서로 다른 기준을 가지므로 불안정 여부의 판별 시점이 다르게 표현될 수 있다. 일반적으로, '동압 신호의 크기'만을 가지고 판별하는 경우, 그 크기가 충분히 커지는데 시간이 걸리므로, 연소가 불안정하다고 판별하는 시점이 늦게 표현될 수 있다. 하지만, '주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포'를 함께 고려함으로써, 그 크기가 충분히 커지지 않아도, 동압 신호의 주파수 분포가 좁아진다면 연소가 불안정하다고 판별할 수 있으므로, 판별 시점이 늦다는 단점을 보완할 수 있다.Here, in determining whether combustion is unstable,'the magnitude of the dynamic pressure signal' and'the frequency distribution in a unit frame in the frequency domain' have different criteria, so the timing of discrimination of instability may be expressed differently. . In general, in the case of discrimination based only on the'size of the dynamic pressure signal', since it takes time for the size to become sufficiently large, the timing at which it is determined that combustion is unstable may be expressed late. However, by considering the'frequency distribution in a unit frame in the frequency domain' together, even if the size is not large enough, if the frequency distribution of the dynamic pressure signal is narrowed, it can be determined that combustion is unstable, so the discrimination time is late. You can compensate for the shortcomings.

또한, 연소과정에서 얻을 수 있는 연소 데이터(동압 신호, 이미지, 온도)를 통합하여 더 정확하게 연소 불안정을 판별 할 수 있다.In addition, combustion instability can be more accurately determined by integrating combustion data (dynamic pressure signal, image, temperature) that can be obtained during the combustion process.

연소 과정에서 해당 연소 상태를 반영하는 기본 정보는 압력, 빛, 열 등으로 나타날 수 있다. 하나의 열-음향학적 연소 불안정 현상이지만, 이를 나타내는 여러 연소 데이터(동압 신호, 이미지, 온도)를 함께 고려한다면 더욱 정확하게 연소 불안정을 판별 할 수 있다. 즉, 단일 연소 데이터(예를 들면, 동압 신호만 고려)의 여러 특징들(features)로부터 특징 공간(feature space)을 생성 할 수 있지만, 여러 연소 데이터들(동압 신호, 이미지, 온도)로부터 계산하는 여러 특징들(features)을 통해 특징 공간(feature space)을 생성할 수도 있다. In the combustion process, basic information reflecting the corresponding combustion state may appear as pressure, light, and heat. Although it is a thermo-acoustic combustion instability phenomenon, if several combustion data (dynamic pressure signal, image, temperature) representing this are considered together, combustion instability can be more accurately determined. That is, a feature space can be created from multiple features of a single combustion data (e.g., only dynamic pressure signals are considered), but calculated from multiple combustion data (dynamic pressure signals, images, temperatures). A feature space may be created through several features.

도 7은 이진 분류(Binary classification) 모델을 사용하여 특징 공간(feature space)에서 참의 데이터와 거짓의 데이터를 분리하는 초평면(Hyperplane)을 생성 하는 방법을 나타낸 도면이다. 7 is a diagram illustrating a method of generating a hyperplane that separates true data and false data in a feature space using a binary classification model.

도 7을 참조하면, 여러 가지 연소데이터들로부터 획득된 특징들(features)을 이용하여 특징 공간(feature space)에서 참의 데이터와 거짓의 데이터를 분리하는 초평면(Hyperplane)을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 7, a hyperplane for separating true data and false data in a feature space may be generated using features obtained from various combustion data.

즉, 안정한 연소 과정의 데이터와 불안정한 연소 과정의 데이터에서 획득된 특징들(features)을 특징 공간(feature space)에 표현하면, 참의 데이터 영역(안정 상태 영역)과 거짓의 데이터 영역(불안정 상태 영역)의 두 영역으로 구분됨을 확인할 수 있다. 이 때, 참의 데이터와 거짓의 데이터를 분리하는 초평면(Hyperplane)이 특징 공간(feature space)에 생성될 수 있다.That is, if the data of the stable combustion process and the features acquired from the data of the unstable combustion process are expressed in the feature space, the data area of the true (stable state) and the data of the false (the unstable state area) are expressed. ). In this case, a hyperplane separating the true data from the false data may be created in the feature space.

이를 통해 실시간으로 측정된 연소 데이터들로부터 획득된 특징들이 특징 공간(feature space)에서 초평면(Hyperplane)의 하단에 존재하면 참(안정한 연소 과정), 초평면의 상단에 존재하면 거짓(불안정한 연소 과정)으로 판단할 수 있다. Through this, if the features obtained from the combustion data measured in real time exist at the bottom of the hyperplane in the feature space, it is true (stable combustion process), and if it exists at the top of the hyperplane, it is false (unstable combustion process). I can judge.

이진 분류(Binary classification)를 수행하는 대표적인 기계 학습(Machine Learning) 방법은 뉴런의 집합인 사람의 뇌를 모사한 인공 신경망(Artificial Neural Network) 방법으로 수행될 수 있다.A typical machine learning method that performs binary classification can be performed using an artificial neural network method that simulates a human brain, which is a set of neurons.

인공 신경망은 입력되는 데이터의 특성에 따라 컨벌루션(Convolution) 연산을 수행하는 레이어(Layer)가 추가되기도 하고, 반영해야 하는 특성이 많은 경우 신경망의 깊이(hidden layer)가 깊어질 수 있다. 여기에서, 신경망의 깊이가 깊은 인공 신경망을 다루는 것이 심층 학습(Deep Learning) 방법이다. In the artificial neural network, a layer that performs a convolution operation may be added according to the characteristics of the input data, and if there are many characteristics to be reflected, the hidden layer of the neural network may be deepened. Here, the deep learning method is dealing with an artificial neural network with a deep neural network.

도 8은 인공 신경망 모델 중 퍼셉트론(Perceptron) 모델을 나타낸 도면이고, 도 9는 인공 신경망 모델 중 심층 신경망 모델을 나타낸 도면이다. 8 is a diagram illustrating a Perceptron model among artificial neural network models, and FIG. 9 is a diagram illustrating a deep neural network model among artificial neural network models.

전술한 바와 같이 연소 불안정 여부를 판별하는 방법은 제한된 학습 데이터들로 충분히 학습이 가능 해야 하고, 빠른 분류가 가능해야 하며, 분류 정확도가 높아야 하는 조건을 만족하여야 한다. As described above, the method of determining whether combustion instability should be sufficiently learned with limited learning data, fast classification should be possible, and the conditions of high classification accuracy should be satisfied.

상기 조건을 만족하는 인공 신경망 모델들을 검토하기 위해서, 인공 신경망 모델 중에서 퍼셉트론(Perceptron) 모델 및 심층 신경망 모델을 비교하여 살펴볼 수 있다. In order to review artificial neural network models that satisfy the above conditions, a Perceptron model and a deep neural network model among artificial neural network models may be compared and examined.

도 8을 참조하면, 퍼셉트론(Perceptron) 모델의 경우, 레이어(Layer)가 단층이므로 학습을 통해 얻어질 가중치의 개수가 적고(적은 학습 데이터들로 학습이 가능하다), 구조가 간단하여 빠른 분류가 가능하다. 또한 분류 정확도는 미세 조정(Fine tuning)을 통해서 해결할 수 있다.Referring to FIG. 8, in the case of the Perceptron model, since the layer is a single layer, the number of weights to be obtained through training is small (learning is possible with less training data), and the structure is simple, so fast classification is performed. It is possible. In addition, the classification accuracy can be solved through fine tuning.

도 9를 참조하면, 심층 신경망 모델의 경우, 레이어(Layer)가 복수층이므로 학습을 통해 얻어질 가중치의 개수가 많으며(적은 학습 데이터들로 학습이 불가능하다), 구조가 복잡하여 빠른 분류가 불가능하다. Referring to FIG. 9, in the case of a deep neural network model, since the layers are multiple layers, the number of weights to be obtained through training is large (it is impossible to learn with little training data), and the structure is complex, so fast classification is impossible. Do.

따라서, 퍼셉트론(Perceptron) 모델은 심층 신경망 모델보다 간단하기 때문에 학습시킬 가중치의 개수도 적고 빠른 판별이 가능하다. Therefore, since the Perceptron model is simpler than the deep neural network model, the number of weights to be trained is small, and it is possible to quickly discriminate.

즉, 퍼셉트론(Perceptron) 모델의 경우 단층으로 이루어진 경우에 가중치의 개수가 적어서 심층 신경망 모델보다 간단하게 표현되며, 단층 레이어를 가졌기 때문에 단층 퍼셉트론 모델로 지칭하기도 한다. In other words, in the case of a perceptron model, the number of weights is smaller in the case of a single layer, so it is expressed more simply than a deep neural network model.

퍼셉트론(Perceptron) 모델은 프랑크 로젠블라트에 의해 고안된 인공 신경망으로, 입력 벡터를 두 부류로 구분하는 선형 분류기(linear classifier)로 이해될 수 있다.The Perceptron model is an artificial neural network devised by Frank Rosenblatt and can be understood as a linear classifier that divides input vectors into two classes.

도 10은 퍼셉트론(Perceptron) 모델을 대략적으로 나타낸 도면이다. 10 is a diagram schematically illustrating a Perceptron model.

도 10을 참조하면, 좌측의 xi는 입력 데이터의 값, wi는 가중치를 나타낸다. 바이어스(bias) 입력 값은 x0, 바이어스(bias) 기울기는 w0로 표기했으며, f는 활성 함수(activation function)를 나타낸다.Referring to FIG. 10, x i on the left represents a value of input data, and w i represents a weight. The bias input value is expressed as x 0 , the bias slope is expressed as w 0 , and f indicates the activation function.

퍼셉트론(Perceptron) 모델에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.The definition of terms used in the Perceptron model is as follows.

임계치(Threshold)란 어떠한 값이 활성화되기 위한 최소값을 의미하며, 가중치(Weight)란 학습이 이루어지는 방향성 또는 형태를 나타내는 값을 의미한다. 즉, 퍼셉트론(Perceptron) 모델의 목적은 학습 데이터(벡터)를 두 부류로 선형 분류하기 위한 선형 경계(Hyperplane)를 찾는 것이므로, 가중치(Weight)는 이러한 선형 경계의 방향성 또는 형태를 나타내는 값을 의미한다.Threshold refers to a minimum value for activating a certain value, and weight refers to a value indicating a direction or form in which learning is performed. That is, since the purpose of the Perceptron model is to find a linear boundary (Hyperplane) for linearly classifying the training data (vector) into two classes, the weight means a value representing the direction or shape of such a linear boundary. .

바이어스(Bias)란 선형 경계의 절편을 나타내는 값으로써, 직선의 경우는 y절편( = w0*x0,)을 나타낸다Bias is a value representing the intercept of a linear boundary, and in the case of a straight line, it represents the y-intercept (= w 0 *x 0 ,).

네트(net) 값이란 입력 데이터와 가중치의 곱을 모두 합한 값으로써, 기하학적으로 해석하면 선형 경계(hyperplane)의 방정식과 같으며, 다음의 <수학식 1>로 표현될 수 있다.The net value is a value obtained by summing the product of input data and weight. When geometrically analyzed, it is the same as the equation of a linear boundary (hyperplane), and can be expressed by the following <Equation 1>.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019071302861-pat00001
Figure 112019071302861-pat00001

활성 함수(activation function)란 계산된 네트(net) 값이 임계치 이상이면 1을 출력하고, 임계치보다 작은 경우에는 0을 출력하는 함수를 의미하고, 다음의 <수학식 2>로 표현될 수 있다.The activation function means a function that outputs 1 when the calculated net value is greater than or equal to the threshold value, and outputs 0 when it is less than the threshold value, and may be expressed by the following <Equation 2>.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019071302861-pat00002
Figure 112019071302861-pat00002

다만, 이 정의는 단층 퍼셉트론 모델에서만 유효하며, 다층 퍼셉트론 모델에서는 다른 형태의 활성 함수를 이용한다. However, this definition is only valid in a single-layer perceptron model, and a different type of activation function is used in the multi-layer perceptron model.

즉, 퍼셉트론 모델에서 사용되는 가장 기본적인 활성 함수로서 계단 함수(step function)가 이용될 수 있다. 즉, 활성 함수(activation function)는 네트값이 임계치 이상이면 출력 값을 활성화(1을 출력) 하고, 네트값이 임계치보다 작으면 출력 값을 비활성화(0을 출력) 할 수 있다.That is, a step function may be used as the most basic active function used in the perceptron model. That is, the activation function may activate the output value (output 1) when the net value is greater than or equal to the threshold value, and deactivate the output value (output 0) when the net value is less than the threshold value.

따라서, 퍼셉트론 모델의 학습 알고리즘은 다음의 <수학식 3>으로 표현될 수 있다.Therefore, the learning algorithm of the perceptron model can be expressed by the following <Equation 3>.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019071302861-pat00003
Figure 112019071302861-pat00003

또한, 미세 조정(Fine tuning)이란 이전에 학습된 퍼셉트론 모델에 추가 데이터를 투입하여 모델의 가중치(Weight)를 미세하게 조정하는 방법을 의미한다.In addition, fine tuning refers to a method of finely adjusting the weight of the model by inputting additional data to the previously learned perceptron model.

예를 들어, 동압 신호를 이용하여 안정 상태(Fully developed stable)가 유지될 때의 동압 에너지(Dynamic Pressure Energy, DPE)를 계산할 수 있고, 또한, 불안정 상태(Fully developed unstable)가 유지될 때의 동압 에너지를 각각 계산할 수 있다. For example, dynamic pressure energy (DPE) can be calculated when a fully developed stable state is maintained using a dynamic pressure signal, and dynamic pressure when a fully developed unstable is maintained. Each energy can be calculated.

즉, 안정 상태(Fully developed stable) 및 불안정 상태(Fully developed unstable)가 유지될 때의 동압 에너지를 이용하여 퍼셉트론 모델을 학습시키면 어느 정도의 보편성(generality)를 얻을 수 있지만, 실시간으로 측정되는 연소 데이터에서 계산된 동압 에너지(DPE) 값이 안정 상태와 불안정 상태의 중간 값으로 측정되면 해당 신호의 연소 불안정 여부를 정확하게 판별하기 어렵게 된다. In other words, if the perceptron model is trained using the dynamic pressure energy when the fully developed stable and fully developed unstable states are maintained, a certain degree of generality can be obtained, but combustion data measured in real time. If the dynamic pressure energy (DPE) value calculated in is measured as an intermediate value between the stable state and the unstable state, it is difficult to accurately determine whether the corresponding signal is combustion unstable.

따라서, 연소 불안정 여부를 정확하게 판별하기 위해서, 안정 상태(Fully developed stable)와 불안정 상태(Fully developed unstable) 사이의 천이과정(transient)의 연소 데이터들을 추가적인 학습데이터로 사용하여 이전에 학습된 모델의 가중치(Weight)를 미세하게 조정하는 미세 조정(Fine tuning)을 수행할 수 있다. Therefore, in order to accurately determine whether combustion instability or not, the weight of the previously learned model is used as additional training data using the transitional combustion data between the fully developed stable and the fully developed unstable state. Fine tuning to finely adjust (Weight) can be performed.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계학습을 기반으로 한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에서, 동압 에너지 (Dynamic Pressure Energy, DPE) 및 상대적 에너지 엔트로피 (Relative Entropy of Energy, ReEoE)를 단층 퍼셉트론 모델의 특징들(features)로 선정하여 학습 데이터로 이용한 결과를 특징 공간(feature space) 상에 나타낸 도면이다. 11 is a single layer perceptron model using dynamic pressure energy (DPE) and relative energy entropy (ReEoE) in a gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing a result of selecting as features of and using it as learning data on a feature space.

동압 에너지(DPE)는 다음의 <수학식 4>와 같이 표현되고, 상대적 에너지 엔트로피(ReEoE)는 다음의 <수학식 5>와 같이 표현될 수 있다. Dynamic pressure energy (DPE) can be expressed as in Equation 4 below, and relative energy entropy ReEoE can be expressed as in Equation 5 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112019071302861-pat00004
Figure 112019071302861-pat00004

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112019071302861-pat00005
Figure 112019071302861-pat00005

<수학식 5>를 참조하면, P(x)는 확률값이 될 수 있다. 여기서, P(x) : 동압 신호 에너지의 확률은, 특정 단위 프레임 내에서 신호의 크기가 자주 변화하는지에 대한 확률값이 될 수 있다.Referring to Equation 5, P(x) may be a probability value. Here, P(x): The probability of the dynamic pressure signal energy may be a probability value as to whether the magnitude of the signal changes frequently within a specific unit frame.

여기에서, n은 프레임 안의 신호의 개수로서, 1 프레임을 0.02초로 구분하여, 0.02초 동안의 신호의 개수를 이용하여 측정하였고, 이에 해당하는 동압 에너지(DPE) 및 상대적 에너지 엔트로피(ReEoE)를 계산하여 도 11에 도시하였다.Here, n is the number of signals in the frame, 1 frame is divided into 0.02 seconds, measured using the number of signals for 0.02 seconds, and the corresponding dynamic pressure energy (DPE) and relative energy entropy (ReEoE) are calculated. Thus, it is shown in FIG. 11.

도 11의 x 축은 동압 에너지(DPE)를 나타내며, y축은 상대적 에너지 엔트로피(ReEoE)를 나타낸다. 도 11의 (b)의 그래프는 도 11의 (a)의 그래프를 y축에서 로그 스케일로 변환하여 나타낸 도면이다. The x-axis of FIG. 11 represents dynamic pressure energy (DPE), and the y-axis represents relative energy entropy (ReEoE). The graph of FIG. 11B is a diagram showing the graph of FIG. 11A converted from the y-axis to a logarithmic scale.

도 11을 참조하면, 연소가 안정하게 유지된 상태의 데이터 영역과 불안정하게 유지된 상태의 데이터 영역이 확연하게 구분되어 나타남을 확인할 수 있다. 특히, 로그 스케일로 나타낸 도 11의 (b)의 그래프에서 더욱 명확히 구분되어 나타남을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11, it can be seen that a data area in a state in which combustion is stably maintained and a data area in an unstable state are clearly separated. In particular, it can be seen that in the graph of FIG. 11 (b) represented by a log scale, it is more clearly distinguished.

즉, 동압 에너지(DPE) 및 상대적 에너지 엔트로피(ReEoE)를 이용한 퍼셉트론 모델의 학습 결과로는 2차원 특징 공간(feature space)이 생성되므로, 연소 불안정 여부 판단을 위한 초평면(hyperplane)이 직선형태(도 11의 붉은색 직선 참조)로 생성된다. That is, as a result of learning a perceptron model using dynamic pressure energy (DPE) and relative energy entropy (ReEoE), a two-dimensional feature space is created, so that a hyperplane for determining whether combustion instability is in a straight line (Fig. 11).

도 11을 참조하면, 연소 데이터(동압 신호)가 실시간으로 입력 되었을 때, 붉은색 직선 아래에 위치할 경우에는 해당 연소를 안정한 상태(Ture = 1)로, 붉은색 직선 위에 위치할 경우에는 해당 연소를 불안정한 상태(False = 0)로 판별할 수 있다.Referring to FIG. 11, when combustion data (dynamic pressure signal) is input in real time, the combustion is in a stable state (Ture = 1) when it is located under a red straight line, and when it is located on a red straight line, the corresponding combustion Can be determined as an unstable state (False = 0).

다음으로, 연소불안정 여부 판단을 위한 퍼셉트론 모델에서 미세 조정(Fine tuning)을 수행하는 방법을 살펴보기로 하자. Next, let's look at a method of performing fine tuning in the perceptron model for determining whether combustion instability is present.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 천이과정(Transient) 연소 데이터(동압 신호)를 이용하여 이전에 학습된 퍼셉트론 모델을 미세 조정(Fine Tuning)하는 방법을 나타낸 도면이다. 12 is a diagram illustrating a method of fine tuning a previously learned perceptron model using transient combustion data (dynamic pressure signal) according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 이전에 학습된 퍼셉트론 모델에 천이과정(Transient) 연소 데이터에서 획득된 특징들(features)을 새로운 학습 데이터로 부가하여 새롭게 퍼셉트론 모델을 학습시킬 수 있다. 이러한 경우, 도 12의 (b)와 같이, 연소불안정 여부 판단을 위한 새로운 초평면(Hyperplane)이 생성될 수 있다. Referring to FIG. 12, a new perceptron model may be trained by adding features acquired from transition combustion data to a previously learned perceptron model as new training data. In this case, as shown in (b) of FIG. 12, a new hyperplane for determining whether combustion is unstable may be generated.

즉, 퍼셉트론 모델은 미세 조정(Fine Tuning)을 통하여 새로운 학습이 이루어지며, 이에 해당하는 새로운 초평면(Hyperplane)이 생성되어 연소불안정 여부를 더 정확하게 판별할 수 있게 된다.That is, the perceptron model undergoes new learning through fine tuning, and a new hyperplane corresponding thereto is generated so that combustion instability can be more accurately determined.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계학습을 기반으로 한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템의 실증데이터 적용 예를 나타낸 도면이다.13 is a diagram showing an example of application of empirical data to a gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 파란색 실선은 연소 동압 데이터(210), 녹색 점선은 상대적 에너지 엔트로피 (ReEoE)(220), 검은색 세모는 인덱스 퍼셉트론(Index perceptron)(230)을 나타낸다. Referring to FIG. 13, a solid blue line indicates combustion dynamic pressure data 210, a green dotted line indicates a relative energy entropy (ReEoE) 220, and a black triangle indicates an index perceptron 230.

즉, 도 13에서, 각각의 6개(도 13의 (a)~(f))의 그래프는 연소기 내부에서 측정된 연소 동압 데이터(210)로부터 동압 신호의 특징들인 동압 에너지(DPE) 및 상대적 에너지 엔트로피(ReEoE)를 계산한 후 학습된 퍼셉트론 모델로 연소 불안정을 판별하여 인덱스 퍼셉트론(Index perceptron)(230)을 획득한 결과를 나타낸 도면이다.That is, in Fig. 13, each of the six graphs (Fig. 13 (a) to (f)) is the dynamic pressure energy (DPE) and relative energy, which are characteristics of the dynamic pressure signal from the combustion dynamic pressure data 210 measured inside the combustor. It is a diagram showing the result of obtaining the index perceptron 230 by determining combustion instability using the learned perceptron model after calculating entropy (ReEoE).

도 13을 참조하면, 학습된 퍼셉트론 모델은 인덱스 퍼셉트론(Index perceptron)(230)의 값이 1인 경우에 연소가 안정한 상태로 판별한 경우이며, 인덱스 퍼셉트론(Index perceptron)(230)의 값이 0인 경우에 연소가 불안정한 상태로 판별한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, the learned perceptron model is a case where combustion is determined to be stable when the value of the index perceptron 230 is 1, and the value of the index perceptron 230 is 0. In the case of, it can be confirmed that the combustion is determined to be unstable.

본 발명의 일 실시예에 따른 기계학습을 기반으로 한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템은 학습된 퍼셉트론 모델을 이용하여 연소불안정 여부를 판단하고, 연소불안정 판단 여부를 기초로 연소부(10)의 운전을 제어할 수 있다. The gas turbine combustion instability diagnosis system based on machine learning according to an embodiment of the present invention determines whether combustion instability is determined using the learned perceptron model, and operates the combustion unit 10 based on whether combustion instability is determined. Can be controlled.

예를 들어, 연소제어부(26)는 진단부(24)가 학습된 퍼셉트론 모델을 이용하여 0.06초 이상 연소불안정 상태(인덱스 퍼셉트론(Index perceptron) = 0)로 판단하면, 연소불안정 상태에 대한 알람을 표시할 수 있으며, 0.1초 이상 연소불안정 상태가 유지된 것으로 판단하면 가스터빈의 부하를 감소시키도록 제어할 수 있다. For example, if the combustion control unit 26 determines that the combustion instability state (index perceptron = 0) is 0.06 seconds or more using the perceptron model learned by the diagnostic unit 24, an alarm for the combustion instability state is generated. It can be displayed, and if it is determined that the combustion unstable state has been maintained for more than 0.1 seconds, it can be controlled to reduce the load of the gas turbine.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 14 is a flowchart illustrating a method for diagnosing combustion instability in a gas turbine according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 단계 S10에서, 진단부(24)는 연소상태를 반영할 수 있는 특징들(features)을 선정할 수 있다. Referring to FIG. 14, in step S10, the diagnosis unit 24 may select features that can reflect the combustion state.

전술한 바와 같이, 연소불안정 여부 판단을 위해서 인공 신경망 모델(예; 퍼셉트론 모델)을 적용하기 위해서는 학습 데이터로 사용 가능한 특징들(features)이 미리 선정되어야 한다.As described above, in order to apply an artificial neural network model (eg, a perceptron model) to determine whether combustion instability has occurred, features that can be used as training data must be selected in advance.

즉, 진단부(24)는 연소불안정 여부 판단을 위한 학습 데이터를 특징(feature)으로 미리 선정할 수 있다. 연소불안정 여부를 판단하기 위해서 연소 데이터들로부터 획득되거나 계산될 수 있는 특징들(features)은 동압 신호(Dynamic Pressure, DP), 이미지, 온도 등에서 계산되거나 획득될 수 있는 값들이 될 것이다.That is, the diagnosis unit 24 may preselect learning data for determining whether combustion instability is determined as a feature. Features that can be obtained or calculated from combustion data to determine whether combustion is unstable will be values that can be calculated or obtained from a dynamic pressure signal (Dynamic Pressure, DP), an image, and a temperature.

예를 들어, 연소 데이터인 동압 신호로부터 선정될 수 있는 특징들(features)은 동압 신호의 크기, 동압 신호의 크기 변화율, 시간 영역 (time domain)에서 단위 프레임 내의 분포, 시간 영역(time domain)에서 단위 프레임 내의 분포 변화율, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 변화율 등을 포함할 수 있다.For example, features that can be selected from the dynamic pressure signal as combustion data are the magnitude of the dynamic pressure signal, the rate of change in the magnitude of the dynamic pressure signal, the distribution within the unit frame in the time domain, and the time domain. The distribution change rate in the unit frame, the frequency distribution in the unit frame in the frequency domain, and the frequency distribution change rate in the unit frame in the frequency domain may be included.

또한, 연소부 내부에서 획득된 이미지에서 선정될 수 있는 특징들(features)은 특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이, 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 특징점(Corner, Edge)의 거리 차이, Scale Invariant - SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 등을 포함할 수 있다.In addition, the features that can be selected from the image acquired inside the combustion unit are the difference in intensity or contrast between the image of the previous time and the image of the current time, the image of the previous time and the present. It may include a distance difference between feature points (Corner, Edge) between images in time, Scale Invariant-Scale Invariant Feature Transform (SIFT), and the like.

또한, 연소부 내부의 온도에서 선정될 수 있는 특징들(features)은 온도의 크기, 온도의 변화율 등을 포함할 수 있다.In addition, features that can be selected from the temperature inside the combustion unit may include the size of the temperature, the rate of change of the temperature, and the like.

또한, 진단부(24)가 미리 선정하는 특징들로는 동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)를 포함할 수 있다.In addition, features previously selected by the diagnostic unit 24 may include dynamic pressure energy and relative energy entropy.

즉, 진단부(24)는 정확하고 신속한 연소불안정 여부 판단을 위해서, 학습 데이터로 선정될 특징들을 미리 선정하고, 상기 특징들을 조합하거나 일정 개수의 특징들로 학습 데이터를 미리 한정시킬 수도 있다. That is, the diagnosis unit 24 may pre-select features to be selected as learning data, combine the features, or limit the learning data to a predetermined number of features in order to accurately and quickly determine whether combustion instability is present.

단계 S20에서, 센서부(미도시)는 여러 연소기들로부터 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득할 수 있다.In step S20, the sensor unit (not shown) may acquire fully developed stable combustion data and fully developed unstable combustion data from various combustors.

즉, 가스터빈 연소불안정 진단 시스템은 학습 데이터로 사용될 기초 자료인 연소 데이터를 측정하여야 하는데, 가스터빈 연소불안정 진단 시스템은 센서부(미도시)를 통하여 여러 연소기들에서 측정한 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득할 수 있다.That is, the gas turbine combustion instability diagnosis system must measure combustion data, which is the basic data to be used as learning data, and the gas turbine combustion instability diagnosis system is a fully developed stable state measured by various combustors through a sensor unit (not shown). ) And combustion data of a fully developed unstable state can be obtained.

여기에서, 안정 상태(Fully developed stable)는 안정한 상태가 충분히 지속되어 안정한 상태가 계속 유지되는 상태를 의미하고, 불안정 상태(Fully developed unstable)는 불안정한 상태가 충분히 지속되어 불안정한 상태가 계속 유지되는 상태를 의미한다. Here, the stable state (Fully developed stable) means a state in which the stable state is maintained sufficiently and the stable state is maintained, and the unstable state (Fully developed unstable) refers to the state in which the unstable state remains sufficiently maintained and it means.

예를 들어, 가스터빈 연소불안정 진단 시스템은 여러 연소기들의 안정 상태(Fully developed stable) 및 불안정 상태(Fully developed unstable)에서 동압센서(100)를 통하여 연소기 내부의 동압 신호(Dynamic pressure, DP), 이미지 센서(미도시)를 통하여 연소기 내부의 이미지, 온도 센서(미도시)를 통하여 연소기 내부의 온도 등을 측정할 수 있다.For example, the gas turbine combustion instability diagnosis system provides a dynamic pressure signal (Dynamic pressure, DP), image inside the combustor through the dynamic pressure sensor 100 in the fully developed and unstable states of various combustors. An image inside the combustor may be measured through a sensor (not shown), and a temperature inside the combustor may be measured through a temperature sensor (not shown).

단계 S30에서, 진단부(24)는 센서부를 통하여 획득된 연소 데이터로부터 선정된 특징들을 계산할 수 있다. In step S30, the diagnosis unit 24 may calculate selected features from the combustion data obtained through the sensor unit.

즉, 진단부(24)는 획득된 연소 데이터들을 단계 S10에서 선정된 특징들에 대응시켜, 획득된 연소데이터로부터 선정한 특징들의 값들을 계산하거나 획득할 수 있다. That is, the diagnosis unit 24 may calculate or obtain values of the selected features from the obtained combustion data by matching the acquired combustion data to the features selected in step S10.

예를 들어, 진단부(24)가 단계 S10에서 동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)를 학습 데이터로 이용할 특징들로 선정하였다면, 동압센서(100)를 통하여 획득된 동압 신호를 <수학식 4> 및 <수학식 5>에 적용시켜, 학습 데이터로 사용될 특징들의 값, 예컨대, 동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)의 값들을 획득할 수 있다.For example, if the diagnostic unit 24 selects dynamic pressure energy and relative energy entropy as the features to be used as learning data in step S10, the obtained through the dynamic pressure sensor 100 By applying the dynamic pressure signal to <Equation 4> and <Equation 5>, values of features to be used as learning data, such as dynamic pressure energy and relative energy entropy, can be obtained. I can.

단계 S40에서, 진단부(24)는 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시킬 수 있다.In step S40, the diagnosis unit 24 may train an artificial neural network model for diagnosis of combustion instability by using the calculated features as training data.

예를 들면, 진단부(24)는 여러 연소기들의 안정 상태(Fully developed stable) 및 불안정 상태(Fully developed unstable)에서 획득된 동압신호에서 동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)를 특징들로 계산할 수 있고, 이 특징들을 인공 신경망에 학습 데이터로 입력시켜 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시킬 수 있다.For example, the diagnostic unit 24 may determine the dynamic pressure energy and relative energy entropy of the dynamic pressure signals obtained in the fully developed and unstable states of various combustors. ) Can be calculated as features, and these features can be input to an artificial neural network as training data to train an artificial neural network model for diagnosis of combustion instability.

도 11을 참조하면, 진단부(24)는 동압 에너지 (Dynamic Pressure Energy, DPE) 및 상대적 에너지 엔트로피 (Relative Entropy of Energy, ReEoE)를 단층 퍼셉트론 모델의 학습 데이터로 이용하여 단층 퍼셉트론 모델을 학습시킬 수 있고, 특징 공간(feature space) 상에 연소불안정 여부 판단을 위한 초평면(hyperplane)이 직선형태로 생성되면 인공 신경망 모델이 학습된 것으로 판단할 수 있다.Referring to FIG. 11, the diagnosis unit 24 may train a tomographic perceptron model by using dynamic pressure energy (DPE) and relative energy entropy (ReEoE) as training data of the tomographic perceptron model. In addition, when a hyperplane for determining whether combustion instability is generated in a linear shape on a feature space, it may be determined that the artificial neural network model has been trained.

여기에서, 동압 에너지(DPE) 및 상대적 에너지 엔트로피(ReEoE)를 이용한 퍼셉트론 모델의 학습 결과로는 2차원 특징 공간(feature space)이 생성되므로, 연소 불안정 여부 판단을 위한 초평면(hyperplane)이 직선형태(도 11의 붉은색 직선 참조)로 생성된다. Here, as a result of learning the perceptron model using dynamic pressure energy (DPE) and relative energy entropy (ReEoE), a two-dimensional feature space is generated, so that a hyperplane for determining whether combustion instability is in a linear form ( 11).

다만, 단계 S40에서 생성되는 초평면(hyperplane)은 안정 상태(Fully developed stable) 및 불안정 상태(Fully developed unstable)가 유지될 때의 동압 에너지를 이용하여 퍼셉트론 모델을 학습시킨 것으로서, 어느 정도의 보편성(generality)를 얻을 수 있지만, 실시간으로 측정되는 연소 데이터에서 계산된 동압 에너지(DPE) 값 및 상대적 에너지 엔트로피(ReEoE) 값이 안정 상태와 불안정 상태의 중간 값으로 측정되면 해당 신호의 연소 불안정 여부를 정확하게 판별하기 어렵게 된다. However, the hyperplane generated in step S40 is a perceptron model that is trained using dynamic pressure energy when fully developed stable and fully developed unstable states are maintained, and has a certain degree of generality. ) Can be obtained, but if the dynamic pressure energy (DPE) value and relative energy entropy (ReEoE) value calculated from the combustion data measured in real time are measured as intermediate values between the steady state and the unstable state, it can accurately determine whether the corresponding signal is combustion unstable. It becomes difficult to do.

따라서, 정확한 연소불안정 여부 판단을 위해서, 천이(transient) 과정의 연소 데이터를 추가적인 학습 데이터로 이용하여 학습된 인공 신경망 모델에 미세 조정(fine tuning)을 수행할 수 있다.Therefore, in order to determine whether combustion instability is accurate, fine tuning may be performed on the learned artificial neural network model by using the combustion data of the transition process as additional training data.

도 12를 참조하면, 이전에 학습된 퍼셉트론 모델에 천이과정(Transient) 연소 데이터에서 획득된 특징들(features)을 새로운 학습 데이터로 부가하여 새롭게 퍼셉트론 모델을 학습시킬 수 있으며, 이러한 경우, 도 12의 (b)와 같이, 연소불안정 여부 판단을 위한 새로운 초평면(Hyperplane)이 생성될 수 있다. Referring to FIG. 12, a new perceptron model may be trained by adding features acquired from transition combustion data to a previously learned perceptron model as new training data. As shown in (b), a new hyperplane for determining whether combustion is unstable may be created.

즉, 퍼셉트론 모델은 미세 조정(Fine Tuning)을 통하여 새로운 학습이 이루어지며, 이에 해당하는 새로운 초평면(Hyperplane)이 생성되어 연소불안정 여부를 더 정확하게 판별할 수 있게 된다.That is, the perceptron model undergoes new learning through fine tuning, and a new hyperplane corresponding thereto is generated so that combustion instability can be more accurately determined.

단계 S50에서, 진단부(24)는 학습된 인공 신경망 모델을 이용하여 연소기의 연소불안정 상태를 실시간으로 판단할 수 있다.In step S50, the diagnosis unit 24 may determine a combustion instability state of the combustor in real time using the learned artificial neural network model.

예를 들어, 진단부(24)는 퍼셉트론 모델을 학습시켜 판단 기준이 되는 초평면(Hyperplane)을 생성시킬 수 있으며, 실시간으로 측정되는 연소 데이터로부터 특징들을 계산하고, 계산된 특징들을 특징 공간(feature space)에 표시함으로써, 초평면(Hyperplane)과의 위치에 대응하여 연소불안정 상태를 실시간으로 판별할 수 있다. For example, the diagnostic unit 24 may learn a perceptron model to generate a hyperplane as a criterion for determination, calculate features from combustion data measured in real time, and use the calculated features into a feature space. ), it is possible to determine the combustion instability state in real time corresponding to the position with the hyperplane.

도 12 및 도 13을 참조하면, 계산된 특징들이 초평면(Hyperplane) 위에 존재하면 연소 불안정 상태로 판별되고, 인덱스 퍼셉트론(Index perceptron)의 값은 도 13과 같이 인덱스 퍼셉트론(Index perceptron)의 값이 0 (Index perceptron = 0) 으로 표현되며, 초평면(Hyperplane) 아래에 존재하면 연소 안정 상태로 판별되고, 인덱스 퍼셉트론의 값은 1 (Index perceptron = 1) 로 표현된다.Referring to FIGS. 12 and 13, when the calculated features exist on a hyperplane, it is determined as a combustion instability state, and the value of the index perceptron is 0 as shown in FIG. It is expressed as (Index perceptron = 0), and if it exists under the hyperplane, it is identified as a stable combustion state, and the value of the index perceptron is expressed as 1 (Index perceptron = 1).

또한, 진단부(24)에 의해서 인공 신경망 모델을 통한 연소불안정 여부가 판단되면, 연소제어부(26)는 진단부(24)의 연소불안정 판별 여부를 기초로 연소부(10)의 운전을 제어할 수 있다. In addition, when the diagnosis unit 24 determines whether combustion instability through the artificial neural network model is determined, the combustion control unit 26 controls the operation of the combustion unit 10 based on whether the diagnosis unit 24 determines combustion instability. I can.

예를 들어, 연소제어부(26)는 진단부(24)가 0.06초 이상 연소불안정 상태로 판단하면, 연소불안정 상태에 대한 알람을 표시할 수 있으며, 0.1초 이상 연소불안정 상태가 유지된 것으로 판단하면 가스터빈의 부하를 감소시키도록 제어할 수 있다. For example, if the diagnosis unit 24 determines that the combustion instability state is 0.06 seconds or more, the combustion control unit 26 may display an alarm for the combustion instability state, and if it is determined that the combustion instability state is maintained for 0.1 second or more, It can be controlled to reduce the load on the gas turbine.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소불안정 진단 방법에 관련하여서는 전술한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 가스터빈 연소불안정 진단 방법과 관련하여, 전술한 가스터빈 연소불안정 진단 시스템에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.In relation to the gas turbine combustion instability diagnosis method according to an embodiment of the present invention, the contents of the gas turbine combustion instability diagnosis system described above may be applied. Accordingly, with respect to the gas turbine combustion instability diagnosis method, descriptions of the same contents as those of the gas turbine combustion instability diagnosis system described above have been omitted.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. An embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer, and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Further, the computer-readable medium may include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

10: 연소부
22: 민감도 분석부
24: 진단부
26: 연소제어부
100: 동압센서
120: 압력센서
140: 신호측정부
210: 연소 동압 데이터
220: 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy, ReEoE)
230: 인덱스 퍼셉트론(Index perceptron)
10: combustion section
22: sensitivity analysis unit
24: diagnostic unit
26: combustion control unit
100: dynamic pressure sensor
120: pressure sensor
140: signal measuring unit
210: combustion dynamic pressure data
220: Relative Entropy of Energy (ReEoE)
230: Index perceptron

Claims (15)

가스터빈 연소불안정 진단 시스템에 있어서,
연소부 내부에 장착되어 상기 연소부 내부의 연소 데이터를 측정하는 센서부를 포함하는 연소부;
연소상태를 반영할 수 있는 복수의 독립적인 특징들(features)을 선정하고, 여러 연소기들로부터 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득하고, 상기 획득된 연소 데이터로부터 상기 선정된 특징들을 계산하고, 상기 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시키고, 상기 인공 신경망 모델을 이용하여 연소기의 연소불안정 상태를 판단하는 진단부; 및
상기 진단부의 판정에 따라 상기 연소부의 운전을 제어하는 연소제어부를 포함하고,
상기 특징들(features)은,
동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)를 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템.
In the gas turbine combustion instability diagnosis system,
A combustion unit including a sensor unit mounted inside the combustion unit and measuring combustion data inside the combustion unit;
Selecting a plurality of independent features that can reflect the combustion state, obtaining fully developed stable combustion data and fully developed unstable combustion data from various combustors, and the Calculate the selected features from the obtained combustion data, learn an artificial neural network model for combustion instability diagnosis using the calculated features as learning data, and determine the combustion instability state of the combustor using the artificial neural network model. Diagnostic unit; And
And a combustion control unit for controlling the operation of the combustion unit according to the determination of the diagnosis unit,
The features are,
Gas turbine combustion instability diagnosis system including Dynamic Pressure Energy and Relative Entropy of Energy.
제 1 항에 있어서,
상기 특징들(features)은,
동압 신호로부터 획득될 수 있는 특징들(features)인 동압 신호의 크기, 동압 신호의 크기 변화율, 동압 신호가 갖는 시계열 패턴(time-series pattern), 시간 영역 (time domain)에서 단위 프레임 내의 분포, 시간 영역(time domain)에서 단위 프레임 내의 분포 변화율, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 및 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 변화율, 연소 시스템의 음향학적- 드라이빙/댐핑 용량(Damping rate/ growth rate) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템.
The method of claim 1,
The features are,
The characteristics that can be obtained from the dynamic pressure signal are the size of the dynamic pressure signal, the rate of change in the size of the dynamic pressure signal, the time-series pattern of the dynamic pressure signal, the distribution within a unit frame in the time domain, and time. The rate of change of distribution within the unit frame in the time domain, the frequency distribution within the unit frame in the frequency domain and the rate of change in the frequency distribution within the unit frame in the frequency domain, the acoustic driving/damping capacity of the combustion system ( Damping rate / growth rate) gas turbine combustion instability diagnostic system comprising at least one or more.
제 1 항에 있어서,
화염 이미지로부터 획득 될 수 있는 특징들(features)인 특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이, 특정 시간 동안의 이미지의 밝기가 갖는 시계열 패턴(time-series pattern), 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 특징점(Corner, Edge)의 거리 차이 및 Scale Invariant - SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템.
The method of claim 1,
The difference in intensity or contrast between the image of the previous time and the image of the current time within a specific area, which are features that can be obtained from the flame image, and the time series pattern of the brightness of the image during a specific time. -series pattern), the distance difference between the feature points (Corner, Edge) between the image of the previous time and the image of the current time, and Scale Invariant-A gas turbine combustion instability diagnosis system including at least one of Scale Invariant Feature Transform (SIFT).
제 1 항에 있어서,
상기 특징들(features)은,
온도 센서로부터 획득 될 수 있는 특징들(features)인 온도의 크기 및 온도의 변화율 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템.
The method of claim 1,
The features are,
A gas turbine combustion instability diagnosis system comprising at least one of a temperature magnitude and a rate of change of temperature, which are features that can be obtained from a temperature sensor.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 진단부는,
천이(transient) 과정의 연소 데이터를 추가적인 학습 데이터로 이용하여 학습된 인공 신경망 모델에 미세 조정(fine tuning)을 수행하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템.
The method of claim 1,
The diagnostic unit,
Gas turbine combustion instability diagnosis system that performs fine tuning on the learned artificial neural network model by using the combustion data of the transient process as additional training data.
제 1 항에 있어서,
상기 인공 신경망 모델은,
단층 퍼셉트론(perceptron) 모델인 가스터빈 연소불안정 진단 시스템.
The method of claim 1,
The artificial neural network model,
Gas turbine combustion instability diagnostic system, a single-layer perceptron model.
가스터빈 연소불안정 진단 방법에 있어서,
(i) 연소상태를 반영할 수 있는 특징들(features)을 선정하는 단계;
(ii) 여러 연소기들로부터 안정 상태(Fully developed stable)의 연소 데이터 및 불안정 상태(Fully developed unstable)의 연소 데이터를 획득하는 단계;
(iii) 상기 획득된 연소 데이터로부터 상기 선정된 특징들을 계산하는 단계;
(iv) 상기 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시키는 단계; 및
(v) 상기 인공 신경망 모델을 이용하여 연소기의 연소불안정 상태를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 특징들(features)은,
동압 에너지(Dynamic Pressure Energy) 및 상대적 에너지 엔트로피(Relative Entropy of Energy)를 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 방법.
In the gas turbine combustion instability diagnosis method,
(i) selecting features that can reflect the combustion state;
(ii) obtaining fully developed stable combustion data and fully developed unstable combustion data from several combustors;
(iii) calculating the selected features from the obtained combustion data;
(iv) learning an artificial neural network model for diagnosis of combustion instability by using the calculated features as training data; And
(v) determining a combustion instability state of the combustor using the artificial neural network model,
The features are,
Gas turbine combustion instability diagnosis method including dynamic pressure energy and relative energy entropy.
제 8 항에 있어서,
상기 특징들(features)은,
동압 신호로부터 획득될 수 있는 특징들(features)인 동압 신호의 크기, 동압 신호의 크기 변화율, 동압 신호가 갖는 시계열 패턴(time-series pattern), 시간 영역 (time domain)에서 단위 프레임 내의 분포, 시간 영역(time domain)에서 단위 프레임 내의 분포 변화율, 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 및 주파수 영역 (Frequency domain)에서 단위 프레임 내의 주파수 분포 변화율, 연소 시스템의 음향학적- 드라이빙/댐핑 용량(Damping rate/ growth rate) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 방법.
The method of claim 8,
The features are,
The characteristics that can be obtained from the dynamic pressure signal are the size of the dynamic pressure signal, the rate of change in the size of the dynamic pressure signal, the time-series pattern of the dynamic pressure signal, the distribution within a unit frame in the time domain, and time. The rate of change of distribution within the unit frame in the time domain, the frequency distribution within the unit frame in the frequency domain and the rate of change in the frequency distribution within the unit frame in the frequency domain, the acoustic driving/damping capacity of the combustion system ( Damping rate / growth rate) gas turbine combustion instability diagnosis method comprising at least one or more.
제 8 항에 있어서,
상기 특징들(features)은,
화염 이미지로부터 획득 될 수 있는 특징들(features)인 특정 영역 내에 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 밝기(intensity) 또는 대비(contrast) 차이, 특정 시간 동안의 이미지의 밝기가 갖는 시계열 패턴(time-series pattern), 이전 시간의 이미지와 현재 시간의 이미지 간 특징점(Corner, Edge)의 거리 차이 및 Scale Invariant - SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 방법.
The method of claim 8,
The features are,
The difference in intensity or contrast between the image of the previous time and the image of the current time within a specific area, which are features that can be obtained from the flame image, and the time series pattern of the brightness of the image during a specific time. -series pattern), a difference in distance of feature points (Corner, Edge) between an image of a previous time and an image of the current time, and a gas turbine combustion instability diagnosis method comprising at least one or more of Scale Invariant-Scale Invariant Feature Transform (SIFT).
제 8 항에 있어서,
상기 특징들(features)은,
온도 센서로부터 획득 될 수 있는 특징들(features)인 온도의 크기 및 온도의 변화율 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 방법.
The method of claim 8,
The features are,
Gas turbine combustion instability diagnosis method comprising at least one of a temperature magnitude and a rate of change of temperature, which are features that can be obtained from a temperature sensor.
삭제delete 제 8 항에 있어서,
상기 (iv) 단계의 상기 계산된 특징들을 학습 데이터로 이용하여 연소불안정 진단을 위한 인공 신경망 모델을 학습시키는 단계는,
천이(transient) 과정의 연소 데이터를 추가적인 학습 데이터로 이용하여 학습된 인공 신경망 모델에 미세 조정(fine tuning)을 수행하는 단계를 더 포함하는 가스터빈 연소불안정 진단 방법.
The method of claim 8,
The step of learning an artificial neural network model for diagnosis of combustion instability by using the calculated features of step (iv) as training data,
A gas turbine combustion instability diagnosis method further comprising the step of performing fine tuning on the learned artificial neural network model by using combustion data of a transient process as additional training data.
제 8 항에 있어서,
상기 인공 신경망 모델은,
단층 퍼셉트론(perceptron) 모델인 가스터빈 연소불안정 진단 방법.
The method of claim 8,
The artificial neural network model,
A method for diagnosing combustion instability in gas turbines, which is a single layer perceptron model.
제 8 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 13 항 및 제 14항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
A computer-readable recording medium in which a program for implementing the method of any one of claims 8, 9, 10, 11, 13, and 14 is recorded.
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