KR20200133311A - Early warning device and method of power plant using switching technology of multiple-predictive models - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an early warning device of a power plant using a switching technology of a multi-prediction model and to a method thereof. The early warning device comprises: a multi-prediction model module including a plurality of prediction models for receiving information on an operation state of devices of a power plant and outputting a predicted value and the reliability of the predicted value for each of a plurality of sections; a reliability analysis module quantifying and analyzing the reliability output from the multi-prediction model, switching one prediction model among the plurality of prediction models with a current prediction model based on the reliability output by the plurality of prediction models included in the multi-prediction, and outputting a final predicted value; a predicted value flattening module flattening discontinuities of the predicted value output from the plurality of prediction models, comparing the final predicted value output for each of the plurality of sections with an actual measured value, and outputting the residual; and a determination module analyzing the residual and determining whether the operation state of the devices of the power plant has a defect.

Description

다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치 및 방법{Early warning device and method of power plant using switching technology of multiple-predictive models}Early warning device and method of power plant using switching technology of multiple-predictive models}

본 발명은 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 다중 예측 모델을 사용하여 감지 성능을 향상시키고 조기 경보에 대한 신뢰성을 향상시키기 위한 조기 경보 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an early warning apparatus and method of a power plant using a switching technology of a multi-prediction model, and more specifically, an early warning apparatus and a method for improving detection performance and reliability for early warning using a multi-prediction model. It's about how.

조기 경보 장치는 기기의 고장을 사전에 예방하기 위하여 사용되는 시스템으로서 군사, 항공, 발전 분야에서 많이 도입하여 사용되고 있다.The early warning device is a system used to prevent device failure in advance, and has been widely introduced and used in military, aviation, and power generation fields.

조기 경보 장치의 원리는 과거의 정상운전 데이터를 이용하여 예측 모델이 운전 상태에 대한 예측값을 만들고, 이 예측값을 실측값과 비교하여 잔차(residual)를 계산함으로써 그 잔차가 정상운전 범위를 벗어나면 경보가 발생되도록 하는 것이다.The principle of the early warning device is that the predictive model makes a predicted value for the driving state by using the past normal operation data, and by comparing the predicted value with the measured value to calculate the residual, it will alert when the residual is out of the normal operation range. Is to occur.

기존에 기기들의 운전 상태에 대한 예측값을 계산하기 위해서는 여러 가지 수학적 방법들이 사용되는데 그 대표적인 방법이 통계적 방법을 이용한 커널회귀법, 가우시안 프로세스 회귀법, 신경망 방법 및 칼만 필터 등이 있다.Conventionally, various mathematical methods are used to calculate predicted values for the driving state of devices, and representative methods include a kernel regression method using a statistical method, a Gaussian process regression method, a neural network method, and a Kalman filter.

조기 경보 장치는 오경보가 발생할 확률을 최소화 시켜야만 실질적인 효과를 볼 수 있다. 그렇지 않으면, 운영자가 수많은 경보를 분석하는 동안 중요한 경보를 놓칠 수 있고, 운영자의 집중력을 저하시켜 실제 기기의 문제로 발생되는 경보를 찾아낼 수 없게 될 수도 있다.Early warning devices can have a practical effect only when the probability of false alarms is minimized. Otherwise, the operator may miss important alarms while analyzing a large number of alarms, and the operator's concentration may be degraded, making it impossible to spot the alarms that are caused by real machine problems.

이러한 상황에서 종래에는 다중 예측 모델을 사용하여 감지 성능을 향상시키고, 조기 경보에 대한 신뢰성을 향상을 도모한 시도가 있었으나, 이 경우 복수의 예측값으로부터 최종 예측값을 계산하는 알고리즘에 대한 정의가 필요하다. 따라서 다중 예측 모델을 사용하면서 복수의 예측값을 출력하고, 복수의 예측값에 대한 신뢰도를 평탄화하는 과정에 대한 연구가 필요한 실정이다.In this situation, conventionally, there have been attempts to improve detection performance and reliability for early warning by using a multiple prediction model, but in this case, it is necessary to define an algorithm for calculating a final predicted value from a plurality of predicted values. Therefore, there is a need for research on a process of outputting a plurality of predicted values while using a multiple prediction model and flattening the reliability of the plurality of predicted values.

대한민국 등록특허 제10-1827108호Korean Patent Registration No. 10-1827108

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발전소 기동 및 정지 시의 이상 징후를 감지하여 조기 경보를 수행하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to perform an early warning by detecting abnormal signs during starting and stopping of a power plant.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치는 발전소의 기기들의 운전 상태에 관한 정보를 수신하여 복수의 구간마다 예측값 및 상기 예측값에 대한 신뢰도를 출력하는 복수의 예측 모델이 구비된 다중 예측 모델 모듈; 상기 다중 예측 모델에서 출력한 신뢰도를 정량화 및 분석하여 상기 다중 예측 모델에 구비된 상기 복수의 예측 모델들이 출력한 상기 신뢰도를 기반으로 상기 복수의 예측 모델 중 하나의 예측 모델을 현재의 예측 모델과 스위칭하며, 최종 예측값을 출력하는 신뢰도 분석 모듈; 상기 복수의 예측 모델에서 출력된 상기 예측값의 불연속을 평탄화 하고, 상기 복수의 구간의 각각에 대해 출력된 상기 최종 예측값을 실측값과 비교하여 잔차를 출력하는 예측값 평탄화 모듈; 및 상기 잔차를 분석하여 상기 발전소의 기기들의 운전 상태의 결함유무를 판단하는 결정 모듈;을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, an early warning device of a power plant using the switching technology of a multi-prediction model according to the present invention receives information on the operating state of the devices of the power plant and outputs a predicted value and a reliability of the predicted value for each of a plurality of sections. A multiple prediction model module having a plurality of prediction models; Quantifying and analyzing the reliability output from the multiple prediction model, and switching one prediction model among the plurality of prediction models with the current prediction model based on the reliability output from the plurality of prediction models included in the multiple prediction model And a reliability analysis module that outputs a final predicted value; A predicted value flattening module for flattening discontinuities of the predicted values output from the plurality of predictive models, comparing the final predicted values output for each of the plurality of sections with actual measured values, and outputting a residual; And a determination module that analyzes the residual and determines whether or not there is a defect in the operation state of the devices of the power plant.

여기서, 상기 신뢰도 분석 모듈은 상기 복수의 예측모델 중에서 제1예측모델이 출력한 제1신뢰도 및 제2예측모델이 출력한 제2신뢰도가 상기 복수의 구간마다 연속적으로 번갈아 최상위일 시 상기 제1신뢰도 및 상기 제2신뢰도를 비교하여 상기 제1신뢰도와 상기 제2신뢰도의 차이가 미리 설정된 값 이내 인 것으로 판단되면 제1예측모델 또는 제2예측모델을 연속적으로 사용할 수 있다.Here, the reliability analysis module is the first reliability when the first reliability output from the first prediction model and the second reliability output from the second prediction model are the highest in succession for each of the plurality of sections. And comparing the second reliability and determining that the difference between the first reliability and the second reliability is within a preset value, the first prediction model or the second prediction model may be used continuously.

또, 상기 복수의 구간 중 5개의 구간에서 연속적으로 제1예측모델 또는 제2예측모델을 사용할 수 있다.In addition, the first prediction model or the second prediction model may be used continuously in five of the plurality of sections.

또, 상기 신뢰도 분석 모듈은 상기 복수의 구간 중에서 상기 하나의 구간으로부터 다른 구간으로 전환할 시 현재의 구간과 다음 구간의 신뢰도를 실시간으로 비교하여 다음 구간의 신뢰도가 높을 경우 구간 전환을 결정할 수 있다.In addition, the reliability analysis module may compare the reliability of the current section and the next section in real time when switching from the one section to another section among the plurality of sections, and determine section switching when the reliability of the next section is high.

또한, 상기 신뢰도 분석 모듈은 임의의 구간에서 적어도 둘 이상의 예측모델의 신뢰도가 유사할 경우, 상기 신뢰도에 따른 각각의 예측값에 가중치를 적용하여 평균을 산출함으로써, 상기 최종 예측값을 결정할 수 있다.In addition, when the reliability of at least two prediction models is similar in a certain interval, the reliability analysis module may determine the final prediction value by applying a weight to each prediction value according to the reliability to calculate an average.

아울러, 상기 예측값 평탄화 모듈은 이동평균필터 또는 저대역 통과 필터 중 하나를 사용하여 상기 최종 예측값의 불연속을 평탄화 할 수 있다.In addition, the predicted value flattening module may smooth the discontinuity of the final predicted value using one of a moving average filter or a low-pass filter.

한편, 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 방법은 복수의 예측 모델이 구비된 다중 예측 모델 모듈이 발전소의 기기들의 운전 상태에 관한 정보를 수신하여 복수의 구간마다 예측값 및 상기 예측값에 대한 신뢰도를 출력하는 단계; 신뢰도 분석 모듈이 상기 다중 예측 모델에서 출력한 신뢰도를 정량화 및 분석하여 상기 다중 예측 모델에 구비된 상기 복수의 예측 모델들이 출력한 상기 신뢰도를 기반으로 상기 복수의 예측 모델 중 하나의 예측 모델을 현재의 예측 모델과 스위칭하며, 최종 예측값을 출력하는 단계; 예측값 평탄화 모듈이 상기 복수의 예측 모델에서 출력된 상기 예측값의 불연속을 평탄화 하고, 상기 복수의 구간의 각각에 대해 출력된 상기 최종 예측값을 실측값과 비교하여 잔차를 출력하는 단계; 및 결정 모듈이 상기 잔차를 분석하여 상기 발전소의 기기들의 운전 상태의 결함유무를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.On the other hand, in the early warning method of a power plant using the switching technology of a multi-prediction model, a multi-prediction model module equipped with a plurality of predictive models receives information about the operation status of the equipment of the power plant, and the predicted value and the predicted value are Outputting the reliability; The reliability analysis module quantifies and analyzes the reliability output from the multiple prediction model, and determines one prediction model among the plurality of prediction models based on the reliability output from the plurality of prediction models included in the multiple prediction model. Switching to the prediction model and outputting a final prediction value; A predicted value flattening module flattening discontinuities of the predicted values output from the plurality of predictive models, comparing the final predicted values output for each of the plurality of sections with an actual measured value, and outputting a residual; And determining, by the determination module, whether or not there is a defect in the operation state of the devices of the power plant by analyzing the residual.

본 발명에 따른 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The early warning apparatus and method of a power plant using the switching technology of a multi-prediction model according to the present invention has the following effects.

첫째, 단일 예측 모델에서 발생되는 취약점 극복이 가능하다. 본 발명에 따른 조기 경보 장치는 단일 예측 모델이 아닌 다중 예측 모델을 사용한다. 이에 따라, 각각의 예측 모델에서 갖는 결함에 의해 예측값이 실측값과 상이하게 발생할 수 있는 경우를 서로 보완할 수 있기 때문에 취약점 극복이 가능하다.First, it is possible to overcome the vulnerability that occurs in a single prediction model. The early warning apparatus according to the present invention uses multiple prediction models rather than a single prediction model. Accordingly, a case in which the predicted value may be different from the actual value due to defects in each predictive model can be compensated for, thereby overcoming the vulnerability.

둘째, 신뢰도를 증가시킨다. 본 발명에서는 다중 예측 모델을 적용하여 발전소의 기기들의 운전 상태에 대해 조기 경보를 수행한다. 이에 따라, 단일 예측 모델보다 결함 감지에 대한 능력이 강화될 수 있고, 조기 경보에 대한 신뢰도를 증가시킬 수 있다.Second, it increases reliability. In the present invention, by applying a multi-prediction model, early warning is performed on the operating states of devices of a power plant. Accordingly, it is possible to enhance the capability of detecting a defect than a single prediction model, and increase the reliability of an early warning.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치의 블록도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치의 구성들 간의 기능 수행을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도3은 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 방법의 순서도이다.
도4는 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치에서 다중 예측 모델에 구비된 복수의 예측 모델이 복수의 구간에서 각각 스위칭 하는 것을 시간과 발전소 출력에 대한 예측값 사이의 그래프를 통해 예시적으로 나타낸 도면이다.
도5는 도4에 도시된 시간과 발전소 출력에 대한 예측값 사이의 그래프에서 복수의 구간에 대한 발전소 출력에 대한 예측값을 예측값 평탄화 모듈이 연속화 하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram of an early warning device of a power plant using a switching technology of a multiple prediction model according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a function execution between components of an early warning device of a power plant using a switching technology of a multiple prediction model according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of an early warning method of a power plant using a switching technique of a multiple prediction model.
FIG. 4 is an exemplary graph between time and predicted value of power plant output when a plurality of predictive models provided in a multi-prediction model switches in a plurality of sections in an early warning device of a power plant using a switching technology of a multi-prediction model It is a drawing shown as.
FIG. 5 is a diagram exemplarily showing that a predicted value flattening module serializes predicted values for power plant outputs for a plurality of sections in the graph between the time shown in FIG. 4 and predicted values for power plant outputs.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, some configurations irrelevant to the gist of the invention will be omitted or compressed, but the omitted configuration is not necessarily a configuration unnecessary in the present invention, and will be combined and used by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. I can.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of an early warning device of a power plant using a switching technology of a multiple prediction model according to an embodiment of the present invention.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치는 신호 측정부(100), 다중 예측 모델 모듈(200), 신뢰도 분석 모듈(300), 예측값 평탄화 모듈(400) 및 결정 모듈(500)을 포함할 수 있다.As shown in Fig. 1, the early warning device of a power plant using the switching technology of a multiple prediction model according to an embodiment of the present invention includes a signal measurement unit 100, a multiple prediction model module 200, and a reliability analysis module 300. ), a predicted value flattening module 400, and a determination module 500.

신호 측정부(100)는 발전소의 기기들의 운전 상태에 관한 감시 신호를 수신하여 발전소의 기기의 운전 상태에 대한 실측값을 산출하고, 산출된 실측값을 결정 모듈(500)로 전송하는 구성이다. 또한, 신호 측정부(100)는 발전소의 기기들의 운전 상태에 관한 감시 신호를 수신하여 다중 예측 모델 모듈(200)로 전달한다. 여기서, 발전소의 기기들의 운전 상태에 관한 감시 신호는 압력, 온도, 유량 데이터 등에 관한 것이다. 신호 측정부(100)는 발전소 기기들에 직접 또는 그 주위에 부착되어 기기들의 운전 상태를 측정하여 감시 신호를 전송한다. 전송 간격은 사용자가 지정한 시간 간격으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 1초 간격으로, 또는 복수의 운전 구간마다 전송할 수 있다.The signal measuring unit 100 is configured to receive a monitoring signal related to the operation state of the equipment of the power plant, calculate an actual measured value for the operation state of the equipment of the power plant, and transmit the calculated measured value to the determination module 500. In addition, the signal measuring unit 100 receives a monitoring signal related to the operation state of the equipment of the power plant and transmits it to the multiple prediction model module 200. Here, the monitoring signal for the operating state of the equipment of the power plant relates to pressure, temperature, flow data, and the like. The signal measurement unit 100 is attached directly to or around the power plant devices to measure the operating conditions of the devices and transmit a monitoring signal. The transmission interval can be transmitted at a time interval specified by the user. For example, it may be transmitted at 1 second intervals or for each of a plurality of driving sections.

다중 예측 모델 모듈(200)은 신호 측정부(100)에서 측정한 감시 신호를 수신하여 기기들의 운전 상태에 대한 예측값을 복수의 구간마다 생성하는 구성이다. 여기서 복수의 구간이란, 발전소의 기기들의 운전 상태를 시계열적으로 분할한 것을 말한다. 이러한 다중 예측 모델 모듈(200)은 1개부터 n개까지 복수의 예측 모델이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델이 구비될 수 있고, 복수의 예측 모델은 서로 다른 알고리즘이 적용되어 예측값을 생성할 수 있다. 또한, 각각의 예측 모델은 현재 감시 신호의 예측값 뿐만 아니라 예측값에 대한 신뢰도를 각각 출력한다. 따라서 복수의 구간마다 발전소의 기기들의 운전 상태를 감시하여 복수의 구간에서 발전소의 기기들이 정상적으로 운전하는지 감시 신호를 기반으로 실측값과 예측값을 비교하여 감시하고, 실측값과 예측값의 차이인 잔차가 미리 설정된 범위를 이탈하여 산출된다면 조기 경보를 발생시킬 수 있다.The multiple prediction model module 200 is a component that receives a monitoring signal measured by the signal measurement unit 100 and generates a predicted value for the driving state of the devices for each of a plurality of sections. Here, a plurality of sections refers to a time-series division of the operating states of the equipment of the power plant. The multiple prediction model module 200 may be provided with a plurality of prediction models from 1 to n. For example, the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , N-th prediction models may be provided, and different algorithms may be applied to the plurality of prediction models to generate prediction values. In addition, each prediction model outputs not only the predicted value of the current monitoring signal, but also the reliability of the predicted value. Therefore, by monitoring the operation status of the equipment of the power plant in each of the plurality of sections, the measured value and the predicted value are compared and monitored based on the monitoring signal whether the equipment of the power plant operates normally in the plurality of sections, and the residual, which is the difference between the measured value and the predicted value, is preliminarily determined If it is calculated outside the set range, it can trigger an early warning.

신뢰도 분석 모듈(300)은 복수의 예측 모델로부터 예측값에 대한 신뢰도를 수신하고, 수신한 신뢰도를 정량화 하여 분석함으로써 발전소 기기들의 운전 상태에 대한 복수의 구간 중에서 하나의 구간의 발전소 기기들의 예측값을 결정하기 위해 복수의 예측 모델 중에서 하나의 예측 모델을 결정하며, 결정된 예측 모델의 예측값을 출력한다. 이러한 신뢰도 분석 모듈(300)은 복수의 구간에서 신뢰도를 기반으로 이전의 구간에서 적용된 예측 모델을 새로운 예측 모델로 스위칭 할 수 있다. 여기서 스위칭이란, 복수의 예측 모델 중에서 신뢰도가 높은 예측 모델을 복수의 구간마다 변경하여 사용하는 것을 말한다. 예를 들어, 복수의 구간 중에서 제1구간은 복수의 예측 모델인 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델 중에서 신뢰도가 가장 높은 제2예측모델(220)을 사용할 수 있고, 제2구간은 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델 중에서 신뢰도가 가장 높은 제1예측모델(210)을 사용할 수도 있다.The reliability analysis module 300 receives the reliability of the predicted value from a plurality of prediction models, quantifies and analyzes the received reliability to determine the predicted value of the power plant devices in one section from among a plurality of sections for the operation state of the power plant devices. To do this, one prediction model is determined from among a plurality of prediction models, and a predicted value of the determined prediction model is output. The reliability analysis module 300 may switch a prediction model applied in a previous section to a new prediction model based on reliability in a plurality of sections. Here, switching refers to changing and using a prediction model with high reliability among a plurality of prediction models for each of a plurality of sections. For example, among a plurality of sections, a first section is a first prediction model 210, a second prediction model 220, which is a plurality of prediction models. , Among the n-th prediction models, the second prediction model 220 having the highest reliability can be used, and the second section is the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , Among the n-th prediction models, the first prediction model 210 having the highest reliability may be used.

예측값 평탄화 모듈(400)은 복수의 구간마다 스위칭 된 예측 모델에서 출력된 예측값의 불연속을 평탄화 하고, 복수의 구간의 각각에 대해 출력된 최종 예측값을 실측값과 비교하여 잔차를 출력하는 구성이다. 여기서, 최종 예측값은 가장 순위가 높은 예측 모델의 예측값을 사용할 수도 있고, 상위 2개의 예측값의 산술평균을 사용할 수도 있으며, 순위에 따른 가중평균을 사용할 수도 있다.The predicted value flattening module 400 is configured to flatten discontinuities of predicted values output from the predicted model switched for each of a plurality of sections, compare the final predicted values output for each of the plurality of sections with actual measured values, and output a residual. Here, as the final predicted value, the predicted value of the predicted model with the highest ranking may be used, the arithmetic average of the upper two predicted values may be used, or a weighted average according to the ranking may be used.

결정 모듈(500)은 예측값 평탄화 모듈(400)에서 출력된 잔차와 실측값을 비교 및 분석하여 발전소 기기들의 운전 상태의 결함유무를 판단하는 구성이다.The determination module 500 is a component that compares and analyzes a residual output from the predicted value flattening module 400 and an actual measured value to determine whether or not there is a defect in the operation state of the power plant devices.

이하에서는 다중 예측 모델 모듈(200)의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치의 구성들 간의 기능적으로 연결된 관계를 설명하기로 한다.Hereinafter, a functionally connected relationship between components of the early warning device of a power plant using the switching technology of the multiple prediction model module 200 will be described.

먼저 발전소의 운전 상태에서 조기 경보가 수행되는 것을 간단히 살펴보기로 한다.First, let's take a brief look at that early warning is performed in the operating state of the power plant.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 예측 모델 모듈(200)의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치의 구성들 간의 기능 수행을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a function performance between components of an early warning device of a power plant using the switching technology of the multiple prediction model module 200 according to an embodiment of the present invention.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 예측 모델 모듈(200)의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치는 운전 상태에서 발전소의 기기들에 문제가 있을 시 조기 경보를 수행하기 위해 신호 측정부(100)가 발전소 기기들의 운전 상태의 출력에 관한 감시 신호를 복수의 구간마다 측정한다.As shown in Figure 2, the early warning device of a power plant using the switching technology of the multi-prediction model module 200 according to the present invention measures a signal to perform an early warning when there is a problem with the devices of the power plant in the operating state. The unit 100 measures a monitoring signal related to the output of the operating state of the power plant devices for each of a plurality of sections.

이렇게 신호 측정부(100)가 측정한 감시 신호는 다중 예측 모델 모듈(200)이 수신하고, 다중 예측 모델 모듈(200)에 구비된 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델 등 복수의 예측 모델이 수신한 복수의 구간마다 감시 신호를 기반으로 신뢰도 분석 모듈(300)이 예측값 및 신뢰도를 출력하여 예측값 평탄화 모듈(400)로 전송한다.The monitoring signal measured by the signal measurement unit 100 is received by the multi-prediction model module 200, and the first prediction model 210, the second prediction model 220 and the multi-prediction model module 200 are provided. … , The reliability analysis module 300 outputs a prediction value and a reliability level based on a monitoring signal for each of a plurality of sections received by a plurality of prediction models, such as an n-th prediction model, and transmits the output to the prediction value flattening module 400.

또한, 예측값 평탄화 모듈(400)은 상이한 예측 모델에서 출력한 예측값을 평탄화 하고, 최종 예측값을 선정하여 실측값과 비교 및 분석함으로써, 잔차를 출력한다.In addition, the predicted value flattening module 400 flattens the predicted values output from different predictive models, selects a final predicted value, and compares and analyzes the predicted value with the measured value, and outputs a residual.

이후 잔차는 결정 모듈(500)로 전송되고, 결정 모듈(500)이 잔차를 분석하여 발전소의 기기들에 대한 결함유무를 판단하여 사용자에게 조기 경보를 수행할 수 있다.Thereafter, the residual is transmitted to the determination module 500, and the determination module 500 analyzes the residual to determine whether or not there are defects in the devices of the power plant, so that an early warning may be performed to the user.

이하에서는 도면을 참고하여 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, an early warning method of a power plant using a switching technology of a multiple prediction model will be described with reference to the drawings.

도3은 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 방법의 순서도이다.3 is a flowchart of an early warning method of a power plant using a switching technique of a multiple prediction model.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 예측 모델을 적용한 발전소 조기 경보 방법은 최초에 발전소의 기기들의 운전 상태에 관한 정보를 수신하여 복수의 구간마다 하나의 구간에 대하여 복수의 예측 모델이 예측값 및 예측값에 대한 신뢰도를 출력한다.<S30>As shown in Fig. 3, the power plant early warning method to which the multi-prediction model according to an embodiment of the present invention is applied initially receives information on the operation status of the equipment of the power plant, The prediction model of outputs the predicted value and the reliability of the predicted value. <S30>

이 때 발전소의 기기들의 운전 상태에 관하여 신호 측정부(100)가 발전소의 기기들에 직접 또는 그 주위에 부착되어 감시 발전소의 기기들에 대한 감시 신호를 수신할 수 있다.In this case, the signal measuring unit 100 may be attached directly to or around the devices of the power plant to receive a monitoring signal for the devices of the monitoring power plant.

수신된 감시 신호들은 아날로그 신호이고, 이에 따라 신호 측정부(100)가 감시 신호의 데이터를 처리하여 아날로그-디지털 변환단계를 거침으로써, 디지털 신호로 변환될 수 있다. 이렇게 디지털 신호로 변환된 감시 신호들의 실측값을 신호 측정부(100)가 예측값 평탄화 모듈(400)로 전송할 수 있다.The received monitoring signals are analog signals, and accordingly, the signal measurement unit 100 processes the data of the monitoring signal and undergoes an analog-to-digital conversion step, thereby converting them into digital signals. The signal measuring unit 100 may transmit the measured values of the monitoring signals converted into digital signals to the predicted value flattening module 400.

또한, 신호 측정부(100)가 측정한 감시 신호는 복수의 예측 모델로 구성된 다중 예측 모델 모듈(200)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 신호 측정부(100)에서 측정한 발전소의 기기들 중에서 해당하는 기기의 예측값을 복수의 예측 모델로 구성된 다중 예측 모델 모듈(200)이 출력할 수 있다. 이러한 복수의 예측 모델은 사용하기에 따라 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델까지 사용될 수 있다. 여기서, 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델은 서로 다른 알고리즘을 적용하여 기기의 예측값을 출력할 수 있다.In addition, the monitoring signal measured by the signal measurement unit 100 may be transmitted to the multiple prediction model module 200 configured with a plurality of prediction models. Accordingly, among the devices of the power plant measured by the signal measuring unit 100, the multi-prediction model module 200 configured of a plurality of prediction models may output a predicted value of a corresponding device. Depending on the use of such a plurality of prediction models, the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , Up to the nth prediction model can be used. Here, the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , The n-th prediction model may output device prediction values by applying different algorithms.

예를 들어, 제1예측모델(210)은 AAKR(Auto Associative Kernel Regression) 기법을 이용한 데이터 모델을 사용할 수 있고, 제2예측모델(220)은 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용한 물리적 모델을 사용할 수 있다. 이에 따라, 제1예측모델(210)은 AAKR 기법을 이용하여 예측값을 출력할 수 있고, 제2예측모델(220)은 칼만 필터를 이용하여 예측값을 출력할 수 있다.For example, the first prediction model 210 may use a data model using an Auto Associative Kernel Regression (AAKR) technique, and the second prediction model 220 may use a physical model using a Kalman filter. have. Accordingly, the first prediction model 210 may output a prediction value using the AAKR technique, and the second prediction model 220 may output a prediction value using a Kalman filter.

구체적으로, AAKR 기법은 과거 데이터를 학습하여 패턴 모델을 생성하고, 현재 실측값과 패턴 모델을 비교하여 유사성을 판단하며, 유사성을 기준으로 패턴 모델을 가중하여 예측값을 생성한다. 따라서 AAKR 기법은 학습된 패턴 모델 내에서 예측이 가능한 interpolation 형태의 예측 모델이며, 실측값이 학습된 패턴 모델 내에 존재할 경우에만 예측이 가능하다. 유사성 판단에서 실측값이 학습된 패턴 영역 내에 존재하는지 확인이 가능하고, 이 유사성들을 종합하여 예측값의 신뢰도를 계산해 낼 수 있다.Specifically, the AAKR technique generates a pattern model by learning past data, determines similarity by comparing the current measured value and the pattern model, and generates a predicted value by weighting the pattern model based on the similarity. Therefore, the AAKR technique is an interpolation type prediction model that can be predicted within the learned pattern model, and can be predicted only when the measured value exists in the learned pattern model. In determining the similarity, it is possible to check whether the measured value exists in the learned pattern region, and the reliability of the predicted value can be calculated by synthesizing the similarities.

복수의 AAKR 기법이 적용된 예측 모델이 적용될 경우, 각각의 AAKR 모델은 예측값과 신뢰도를 출력할 수 있다. 여기서, 신뢰도는 실측값과 패턴 모델 사이의 유사성을 의미한다.When a prediction model to which a plurality of AAKR techniques are applied is applied, each AAKR model may output a prediction value and reliability. Here, the reliability means the similarity between the measured value and the pattern model.

칼만 필터는 물리적 모델을 기반으로 한 통계적 모델로써, 예측값과 공분산(Covariance)이 출력될 수 있다. 이러한 칼만 필터는 학습되지 않은 영역에서도 예측이 가능하고, 공분산을 통해 예측값의 불확실성(신뢰도)를 판단할 수 있다.The Kalman filter is a statistical model based on a physical model, and predicted values and covariances can be output. Such a Kalman filter can be predicted even in an untrained region, and the uncertainty (reliability) of a predicted value can be determined through covariance.

예측값이 출력된 이후에는 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델에서 각각의 예측값에 대한 신뢰도를 출력할 수 있다. 이 때 신뢰도의 크기와 의미, 계산방법 등은 알고리즘별로 상이할 수 있다.After the prediction value is output, the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , In the n-th prediction model, reliability for each predicted value may be output. At this time, the size and meaning of the reliability, and the calculation method may be different for each algorithm.

아울러, 신뢰도는 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델에서 해당 기기에 대해 출력한 예측값이 얼마나 정확한지를 대략적으로 나타낸 지표이다.In addition, the reliability is the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , It is an index that roughly shows how accurate the predicted value output for the device in the n-th prediction model is.

또한, 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델은 모두 AAKR 기법 또는 모두 칼만 필터를 사용하는 것과 같이 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델이 모두 동일한 알고리즘을 사용할 수도 있다. 이렇게 동일한 알고리즘을 사용하더라도 기기의 운전조건 별로 복수의 예측 모델을 사용할 수 있다.In addition, the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , The n-th prediction models are the first prediction model 210, the second prediction model 220,… as all AAKR techniques or all Kalman filters are used. , And the n-th prediction models may all use the same algorithm. Even if the same algorithm is used, multiple prediction models can be used for each operating condition of the device.

예를 들어, 해수온도 변화를 고려하여 계절별로 4개의 복수기 온도에 대한 예측 모델을 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), 제3예측모델(미도시) 및 제4예측모델(미도시)로 구성하고, 이러한 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), 제3예측모델(미도시) 및 제4예측모델(미도시)이 AAKR 기법만으로 적용되어 예측값을 출력하는 것이다.For example, the first prediction model 210, the second prediction model 220, the third prediction model (not shown) and the fourth prediction model for the four condenser temperatures for each season in consideration of seawater temperature change. (Not shown), and the first prediction model 210, the second prediction model 220, the third prediction model (not shown), and the fourth prediction model (not shown) are applied only with the AAKR technique to obtain a predicted value. Is to print.

여기서, 복수기는 수증기를 냉각시켜 물로 되돌리는 장치로써, 응축기의 일종이다. 해수는 발전소의 최종적인 열배출구(Ultimate Heat Sink)로써, 원자력발전소에서 발생한 거의 모든 열들은 해수로 배출된다. 따라서 해수의 온도가 변화하게 되면 발전소와 해수 간 열 교환과정이 변화하게 되고, 그 결과 거의 모든 설비의 운전패턴이 변하게 된다. 이러한 해수온도에 영향을 많이 받는 설비 중 하나가 복수기이다.Here, the condenser is a device that cools water vapor and returns it to water, and is a kind of condenser. Seawater is the ultimate heat sink of a power plant, and almost all of the heat generated by a nuclear power plant is discharged into seawater. Therefore, when the temperature of the seawater changes, the heat exchange process between the power plant and seawater changes, and as a result, the operation pattern of almost all facilities changes. One of the facilities affected by the seawater temperature is a condenser.

원자력 발전소에서는 조기 경보 시스템을 운영하면서 2016년 하절기에 해수의 이상 고온(평년 학습데이터 대비 2도의 온도 상승)으로 오경보가 대량으로 발생한 사례가 있다. 이에 따라, 기존 단일 예측모델에서는 변화된 해수온도에 대한 데이터를 추가로 학습하여 예측모델의 예측 범위는 넓게 하거나, 결정 모듈(500)의 허용치를 증가시키는 변화를 통해 경보 민감도는 낮추는 방식으로 대응하게 되었다.While operating an early warning system at a nuclear power plant, there is a case of a large number of false alarms occurring in the summer of 2016 due to abnormal high temperatures in seawater (2 degrees of temperature rise compared to normal learning data). Accordingly, in the existing single prediction model, the predicted range of the prediction model is increased by additionally learning data on the changed seawater temperature, or the alert sensitivity is reduced through a change that increases the allowable value of the determination module 500. .

그러나 이와 같은 방법은 조기 경보 장치의 전체적인 신뢰도와 감지능력을 감소시키게 하므로 바람직하지 못 하였다. 따라서 해수 온도별로 4개의 AAKR 기법을 기반으로 한 다중 예측 모델 모듈(200)을 적용하여 해수 온도에 따라 원자력 발전소 변수들의 운전패턴을 각각 학습한다.However, such a method is not desirable because it reduces the overall reliability and detection capability of the early warning device. Therefore, by applying the multiple prediction model module 200 based on the four AAKR techniques for each seawater temperature, each operation pattern of nuclear power plant variables is learned according to the seawater temperature.

즉, 봄에 대한 예측 모델, 여름에 대한 예측 모델, 가을에 대한 예측 모델 및 겨울에 대한 예측 모델을 생성한다. 이후 실측값이 입력되면, 어느 계절과 관련된 예측 모델과 가장 유사한지 판단하고, 가장 유사한 예측 모델의 예측값을 사용하는 것이다.That is, a prediction model for spring, a prediction model for summer, a prediction model for autumn, and a prediction model for winter are generated. Then, when the measured value is input, it is determined which season-related prediction model is most similar, and the predicted value of the most similar prediction model is used.

결과적으로, 예측범위가 협소하고 정밀한 예측 모델을 복수로 사용하여 예측하기 때문에 기존보다 조기 경보 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 발생하도록 하기 위함이다.As a result, since the prediction range is narrow and a plurality of precise prediction models are used to predict, it is to generate an effect that can improve the reliability of the early warning device than before.

이와는 달리, 본 발명에 따른 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치는 복수의 예측모델이 구비된 다중 예측 모델 모듈(200)이 AAKR 기법이 적용된 예측 모델 및 칼만 필터가 적용된 예측 모델을 혼용해서 사용할 수 있고, AAKR 기법이 적용된 예측 모델은 신뢰도로 유사성을 출력하고, 칼만 필터가 적용된 예측 모델은 공분산을 출력함으로써, 예측값과 신뢰도를 출력할 수 있다.In contrast, in the early warning device of a power plant using the switching technology of a multiple prediction model according to the present invention, the multiple prediction model module 200 equipped with a plurality of prediction models provides a prediction model to which the AAKR technique is applied and a prediction model to which a Kalman filter is applied. They can be used interchangeably, and the prediction model to which the AAKR technique is applied outputs similarity with reliability, and the prediction model to which the Kalman filter is applied outputs the covariance, so that the predicted value and reliability can be output.

이후 신뢰도 분석 모듈(300)이 발전소의 운전 상태의 복수의 구간 중 하나의 구간에서 다중 예측 모델 모듈(200)에 구비된 복수의 예측 모델이 각각 출력한 신뢰도를 비교 및 분석하여 복수의 예측 모델들 중 하나를 선택함으로써, 하나의 구간에 대한 해당 예측 모델의 최종 예측값을 출력한다.<S31> 이를 도면을 참고하여 설명을 이어가도록 한다.After that, the reliability analysis module 300 compares and analyzes the reliability outputs of the plurality of prediction models provided in the multiple prediction model module 200 in one of the plurality of sections of the operating state of the power plant, and a plurality of prediction models are performed. By selecting one of them, the final predicted value of the corresponding prediction model for one section is output. <S31> This will be described with reference to the drawings.

도4는 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치에서 다중 예측 모델 모듈(200)에 구비된 복수의 예측 모델이 복수의 구간에서 각각 스위칭 하는 것을 시간과 발전소 출력에 대한 예측값 사이의 그래프를 통해 예시적으로 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a graph between time and predicted values for power plant output when a plurality of predictive models provided in the multi-prediction model module 200 switch each of a plurality of sections in an early warning device of a power plant using a switching technology of a multi-prediction model. It is a diagram exemplarily shown through.

도4에 도시된 바와 같이, 발전소 기기들의 운전 상태 사이에는 운전 상태에 관한 복수의 구간이 형성된다. 이에 따라, 복수의 예측모델이 구비된 다중 예측 모델 모듈(200)은 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델은 1구간부터 n구간까지 복수의 구간마다 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델이 사용되어 하나의 구간에 대해 모두 예측값 및 신뢰도를 출력하게 된다.As shown in Fig. 4, a plurality of sections relating to the operating state are formed between the operating states of the power plant devices. Accordingly, the multiple prediction model module 200 provided with a plurality of prediction models includes a first prediction model 210, a second prediction model 220, ... , The n-th prediction model is a first prediction model 210, a second prediction model 220,… for each of a plurality of sections from section 1 to section n. , The n-th prediction model is used to output the predicted values and reliability for all of one section.

이후 신뢰도 분석 모듈(300)에서는 하나의 구간에 대해 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델에서 출력한 신뢰도를 비교 및 분석하여 해당되는 하나의 구간에서 가장 신뢰도가 높은 예측 모델을 선택할 수 있다. 이는 발전소의 기기들의 운전 상태를 분류한 복수의 구간 중에서 각각의 구간마다 신뢰도 분석 모듈(300)이 예측 모델을 선택하여 제1예측모델(210), 제2예측모델(220), … , 제n예측모델에서 출력한 예측값 중에서 가장 신뢰도가 높은 예측 모델의 예측값을 최종 예측값으로 출력하는 것이다.Thereafter, in the reliability analysis module 300, the first prediction model 210, the second prediction model 220,… for one section. , By comparing and analyzing the reliability output from the n-th prediction model, a prediction model with the highest reliability may be selected in a corresponding section. This means that the reliability analysis module 300 selects a prediction model for each section among a plurality of sections in which the operating states of the devices of the power plant are classified, and the first prediction model 210, the second prediction model 220, ... , The predicted value of the predictive model with the highest reliability among the predicted values output from the n-th predictive model is output as the final predicted value.

이 때 하나의 구간에서 다른 구간으로 전환이 되는 것은 신뢰도를 기준으로 하여 신뢰도가 미리 설정된 임계값 이상일 시 해당 구간을 분류하는 정상적인 신호를 수신하였다고 신뢰도 분석 모듈(300)이 판단함으로써, 구간 전환을 결정할 수 있다.In this case, when the reliability is higher than a preset threshold value, the reliability analysis module 300 determines that a normal signal for classifying the corresponding section is received, so that the conversion of the section is determined. I can.

또한, 구간 전환을 결정하는 다른 실시예로써, 현재의 구간과 다음 구간의 신뢰도를 실시간으로 비교하여 다음 구간의 신뢰도가 높을 경우 구간 전환을 결정할 수 있다.In addition, as another embodiment of determining section switching, when the reliability of the next section is high by comparing the reliability of the current section and the next section in real time, section switching may be determined.

또한, 대표신호의 상태를 통해서도 구간 전환을 결정할 수도 있다.In addition, it is also possible to determine the section change through the state of the representative signal.

*구체적으로, 대표신호는 RCP(Reactor Coolant Pump, 원자로 냉각재 펌프)의 속도, RCS(Reactor Coolant System, 원자로 냉각재 계통) 저온관 온도, 원자로 출력, 터빈 속도, 발전기 출력 등의 발전소의 주요 신호이며, 신뢰도 분석 모듈(300)의 결과에 첨가하여 보조적으로 활용이 가능하다.*Specifically, the representative signals are the main signals of the power plant such as the speed of the reactor coolant pump (RCP), the temperature of the reactor coolant system (RCS), the temperature of the reactor coolant, the power of the reactor, the speed of the turbine, and the power of the generator. In addition to the result of the reliability analysis module 300, it can be used as an auxiliary.

CCW(Component Cooling Water, 기기냉각수) 관련 일부 감시 신호의 경우 RCP의 속도가 1100RPM 이상, RCS 저온관 온도가 294℃이면 정상운전과 동일하게 운전될 수 있다.For some monitoring signals related to CCW (Component Cooling Water), if the RCP speed is 1100RPM or higher and the RCS low temperature tube temperature is 294℃, the operation can be the same as normal operation.

반면, CVCS(chemical and volume control system, 화학 및 체적제어계통) 계통 일부 감시 신호는 원자로 출력이 0.1%를 넘어서는 시점부터 정상운전이 시작될 수 있다. 이런 감시 신호들은 기동 및 정지, 정상운전 등 크게 두 가지 예측모델 군을 만들고 구간별로 전환하여 사용할 수 있다.On the other hand, some monitoring signals of the CVCS (chemical and volume control system) system can start normal operation from the point when the reactor output exceeds 0.1%. These monitoring signals can be used by creating two groups of predictive models, such as start and stop and normal operation, and convert them for each section.

또한, 주 증기 계통이나 복수기 계통의 일부 감시 신호의 경우 발전소 출력에 따라 연속적으로 운전 데이터가 변화할 수 있다. 이런 감시 신호들은 출력 구간별로 예측모델을 다수 구비하여 선택적으로 사용할 수 있다.In addition, in the case of some monitoring signals of the main steam system or condenser system, the operation data may change continuously depending on the power plant output. These monitoring signals can be selectively used by having a number of prediction models for each output section.

따라서 일률적으로 동일한 기준을 적용해 구간을 분류하지는 않으며, 감시 신호별 운전 데이터 특성을 고려해서 사용자 또는 전문가가 직접 구간을 분류한다. 크게 구간을 나누는 기준은 대표 감시 신호의 값이며, 대략적인 기준은 예컨대 RCP 스피드가 1100RPM을 이상인 기준, RCS 저온관 온도가 294℃를 이상인 기준, 원자로 출력이 0.1%, 20% 또는 80%, 터빈 스피드가 20RPM 이상인 기준 및 발전기 출력 20%, 80% 등으로 나뉠 수 있다.Therefore, the section is not uniformly classified by applying the same criteria, and a user or an expert directly classifies the section in consideration of the characteristics of driving data for each monitoring signal. The standard for dividing the section is the value of the representative monitoring signal, and the approximate standard is, for example, the RCP speed above 1100RPM, the RCS low temperature tube temperature above 294℃, the reactor output 0.1%, 20% or 80%, turbine It can be divided into standards with a speed of 20RPM or higher and generator output of 20% and 80%.

예를 들어, 신뢰도 분석 모듈(300)이 출력한 최종 예측값에 기반하여 제2예측모델(220)의 신뢰도가 가장 높더라도 대표신호의 상태를 기반으로 제1예측모델(210)을 사용하는 편이 적합하다고 신뢰도 분석 모듈(300)이 판단할 경우 신뢰도 분석 모듈(300)이 출력한 최종 예측값을 무시하고 제1예측모델(210)의 예측값을 사용할 수도 있다.For example, even if the reliability of the second prediction model 220 is highest based on the final prediction value output by the reliability analysis module 300, it is more suitable to use the first prediction model 210 based on the state of the representative signal. If the reliability analysis module 300 determines that it is, the final prediction value output by the reliability analysis module 300 may be ignored and the prediction value of the first prediction model 210 may be used.

여기서, 다중 예측 모델 모듈(200)은 복수의 예측 모델을 사용하되, 복수의 예측 모델의 종류는 서로 동일한 예측 모델을 사용할 수도 있다.Here, the multiple prediction model module 200 uses a plurality of prediction models, but the types of the plurality of prediction models may use the same prediction models.

한편, 복수의 구간에 대응하는 최종 예측값을 결정할 시 예측 모델의 스위칭 조건을 설정함에 따라 복수의 구간에서 복수의 예측 모델이 빈번하게 스위칭 되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 예측모델이 구비된 다중 예측 모델 모듈(200)에서 1구간 내지 8구간에 대응하는 신뢰도가 출력될 시 제1예측모델(210) 및 제2예측모델(220)이 출력하는 신뢰도가 가장 높을 수 있다. 이 때 1구간에서는 제1예측모델(210)의 신뢰도가 제일 높고, 2구간에서는 제2예측모델(220)의 신뢰도가 제일 높으며, 3구간에서는 다시 제1예측모델(210)의 신뢰도가 제일 높고, 4구간에서는 다시 제2예측모델(220)의 신뢰도가 제일 높으며, 이는 8구간까지 제1예측모델(210) 및 제2예측모델(220)이 번갈아 가며 가장 높은 신뢰도가 출력될 수 있다. 이 때 제1예측모델(210)과 제2예측모델(220)의 신뢰도는 1구간 내지 8구간에서 높고 낮음에 관한 차이는 존재하나, 가장 높은 신뢰도의 예측 모델은 그 다음 순위의 신뢰도의 예측 모델보다 신뢰도가 미미하게 높을 수 있다. 다시 말하면, 1구간에서 제1예측모델(210)의 신뢰도는 제2예측모델(220)의 신뢰도보다 높긴 하지만, 그 차이는 신뢰도의 5% 이내일 수 있다.Meanwhile, when a final prediction value corresponding to a plurality of sections is determined, by setting a switching condition of a prediction model, it is possible to prevent a plurality of prediction models from being frequently switched in a plurality of sections. For example, when the reliability corresponding to sections 1 to 8 is output from the multiple prediction model module 200 equipped with a plurality of prediction models, the first prediction model 210 and the second prediction model 220 output. It may be the most reliable. At this time, the reliability of the first prediction model 210 is the highest in the first section, the reliability of the second prediction model 220 is the highest in the second section, and the reliability of the first prediction model 210 again is the highest in the third section. , In section 4, the reliability of the second prediction model 220 is again the highest, which means that the first prediction model 210 and the second prediction model 220 alternately up to section 8 to output the highest reliability. At this time, there is a difference in reliability between the first prediction model 210 and the second prediction model 220 in terms of high and low in sections 1 to 8, but the prediction model with the highest reliability is the prediction model of the next ranking reliability. The reliability may be slightly higher. In other words, although the reliability of the first prediction model 210 in the first section is higher than that of the second prediction model 220, the difference may be within 5% of the reliability.

이와 같이 1구간 내지 8구간에서 제1예측모델(210) 및 제2예측모델(220)이 가장 높은 신뢰도에 기반하여 번갈아 가며 예측모델이 변경된다면, 지속적인 변경으로 인해 프로세스가 증가함에 따라 신뢰도 분석 모듈(300) 및 조기 경보 장치가 부담하는 부하가 증가될 수밖에 없다.In this way, if the first prediction model 210 and the second prediction model 220 are alternately changed based on the highest reliability in the first to eighth sections, the reliability analysis module increases as the process increases due to continuous change. (300) And the load borne by the early warning device is bound to increase.

따라서 본 발명에서는 복수의 구간마다 예측모델이 사용될 시 인접하는 구간마다 가장 높은 신뢰도와 그 다음으로 높은 신뢰도의 차이가 크지 않을 시 이전 구간에서 사용했었던 예측모델을 그대로 사용함으로써, 신뢰도 분석 모듈(300) 및 조기 경보 장치가 부담하는 부하를 경감시키도록 하는 것이다.Therefore, in the present invention, when a prediction model is used for each of a plurality of sections, when the difference between the highest reliability and the next highest reliability for each adjacent section is not large, the prediction model used in the previous section is used as it is, so that the reliability analysis module 300 And to reduce the load borne by the early warning device.

예를 들어, 복수의 구간 중 임의의 구간에서 제1예측모델(210)이 가장 신뢰도가 높고 그 다음으로 제2예측모델(220)이 신뢰도가 높으며, 임의의 구간 다음 구간에서는 제2예측모델(220)이 가장 신뢰도가 높고 그 다음으로 제2예측모델(220)이 신뢰도가 높으며, 임의의 구간 다음의 다음 구간에서는 제1예측모델(210)이 가장 신뢰도가 높고 그 다음으로 제2예측모델(220)이 신뢰도가 높은 것으로 가정하자. 즉, 임의의 구간에서 연속적으로 제1예측모델(210) 및 제2예측모델(220)의 신뢰도가 가장 높게 출력되는 것이다.For example, in an arbitrary section among a plurality of sections, the first prediction model 210 has the highest reliability and the second prediction model 220 has the highest reliability, and the second prediction model ( 220) has the highest reliability and the second prediction model 220 has the highest reliability, and the first prediction model 210 has the highest reliability and the second prediction model ( 220) is assumed to be highly reliable. That is, the reliability of the first prediction model 210 and the second prediction model 220 is continuously output in a certain section.

이 때 제1예측모델(210) 및 제2예측모델(220)이 각각 출력하는 신뢰도의 차이는 위에서 설명한 각각의 구간에서 미미할 수 있고, 이는 제1예측모델(210)의 신뢰도가 제2예측모델(220)의 신뢰도보다 5%의 이내의 범위에서 높을 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 복수의 구간마다 임의의 구간에서 제1예측모델(210)을 사용한 후 임의의 구간 다음 구간에서 제1예측모델(210)을 제2예측모델(220)로 변경하지 않고, 제1예측모델(210)을 그대로 사용하는 것이다. 따라서 신뢰도가 5% 이상일 경우에만 제1예측모델(210)에서 제2예측모델(220)로 변경하여 최종 예측값을 출력하는 것이다. 여기서, 5%는 사용자가 신뢰도 분석 모듈(300)에 미리 설정된 값일 수 있고, 미리 설정된 값은 5% 뿐만 아니라 다양한 수치로 적용될 수 있다.At this time, the difference in reliability output by each of the first and second prediction models 210 and 220 may be insignificant in each section described above, which means that the reliability of the first prediction model 210 is the second prediction model. It can be higher than the reliability of (220) within 5%. Therefore, in this case, after using the first prediction model 210 in an arbitrary section for each of the plurality of sections, the first prediction model 210 is not changed to the second prediction model 220 in the section following the arbitrary section. The prediction model 210 is used as it is. Therefore, only when the reliability is 5% or more, the first prediction model 210 is changed to the second prediction model 220 and the final predicted value is output. Here, 5% may be a value preset by the user in the reliability analysis module 300, and the preset value may be applied not only to 5% but also various values.

또, 임의의 구간에서 신뢰도의 차이를 비교하는 것은 임의의 구간 전에 신뢰도의 샘플을 종합하여 결정할 수도 있다. 예를 들어, 임의의 구간 바로 전 구간에서 제1예측모델(210)의 신뢰도가 가장 높아 제1예측모델(210)이 사용되었고, 임의의 구간에서 제2예측모델(220)의 신뢰도가 가장 높고, 제1예측모델(210)의 신뢰도가 그 다음으로 높다고 하자.In addition, comparing the difference in reliability in an arbitrary interval may be determined by synthesizing samples of reliability before an arbitrary interval. For example, the first prediction model 210 has the highest reliability in the entire section immediately before an arbitrary section, and the first prediction model 210 has the highest reliability in a random section. , It is assumed that the reliability of the first prediction model 210 is next highest.

이 때 임의의 구간 전에 5개의 구간에서 제1예측모델(210)의 신뢰도가 가장 높아 신뢰도 분석 모듈(300)이 제1예측모델(210)을 사용했다면, 신뢰도 분석 모듈(300)은 임의의 구간에서도 제1예측모델(210)을 사용할 수 있다. 향후 임의의 구간을 포함한 5개의 구간에서 제2예측모델(220)의 신뢰도가 가장 높다면, 신뢰도 분석 모듈(300)은 임의의 구간의 다음 구간에서 제2예측모델(220)을 사용할 수 있다. 여기서, 사용되는 구간의 수는 5개의 구간뿐만 아니라 다양하게 적용될 수 있다. 이에 따라, 임의의 구간을 포함한 복수의 구간에서 연속적으로 제1예측모델(210)을 사용함으로써 각각의 구간에서 예측모델의 스위칭에 대한 부하를 경감시킬 수 있다.In this case, if the reliability analysis module 300 used the first prediction model 210 because the reliability of the first prediction model 210 is highest in five periods before a certain period, the reliability analysis module 300 Also, the first prediction model 210 may be used. If the reliability of the second prediction model 220 is highest in five sections including an arbitrary section in the future, the reliability analysis module 300 may use the second prediction model 220 in the next section of the arbitrary section. Here, the number of sections to be used can be applied in various ways as well as five sections. Accordingly, by continuously using the first prediction model 210 in a plurality of sections including an arbitrary section, it is possible to reduce the load on the switching of the prediction model in each section.

결과적으로, 빈번하게 예측모델을 스위칭 하는 것을 방지하여 신뢰도 분석 모듈(300) 및 조기 경보 장치가 부담하는 부하를 경감시킬 수 있다.As a result, it is possible to reduce the load borne by the reliability analysis module 300 and the early warning device by preventing frequent switching of the prediction model.

또한, 제1예측모델(210) 및 제2예측모델(220)의 신뢰도가 거의 동일하여 신뢰도만으로 판단하기 난해할 경우, 외부 신호를 추가로 활용할 수도 있다. 예를 들어, 계절별로 예측 모델을 사용할 경우, 해수 온도 데이터를 스위칭에 추가적으로 사용함으로써, 신뢰도 분석 모듈(300)은 스위칭이 빈번하게 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, when the reliability of the first prediction model 210 and the second prediction model 220 is almost the same and it is difficult to determine only the reliability, an external signal may be additionally used. For example, when a prediction model for each season is used, the reliability analysis module 300 may prevent frequent switching by additionally using seawater temperature data for switching.

또한, 복수의 예측모델에서 출력하는 신뢰도의 높고 낮음을 최종 예측값의 산출에 활용할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 예측 모델의 신뢰도가 압도적으로 높을 경우에는 해당 예측 모델의 최종 예측값을 사용할 수 있지만, 두 개 이상의 예측 모델의 신뢰도가 유사한 경우에는 신뢰도에 따른 예측값의 가중 평균을 사용하여 최종 예측값을 출력할 수 있다.In addition, high and low reliability output from a plurality of prediction models may be utilized in calculating a final predicted value. For example, when the reliability of one prediction model is overwhelmingly high, the final prediction value of the prediction model can be used, but when the reliability of two or more prediction models is similar, the weighted average of the prediction values according to the reliability is used. Can be printed.

예를 들어, 제1예측모델(210), 제2예측모델(220) 및 제3예측모델(미도시)의 신뢰도가 임의의 구간에서 유사한 경우를 살펴보도록 한다. 이 때 제1예측모델(210)의 신뢰도는 a, 제2예측모델(220)의 신뢰도는 b 및 제3예측모델의 신뢰도는 c라 한다. 여기서, 신뢰도는 a>b>c 순서로 높고, a와 c의 차이는 1% 이내이다. 따라서 a, b, c의 높은 순서에 따라 a, b, c에 서로 다른 가중치를 부여하고, 가중치를 부여한 a, b, c의 평균을 산출하여 임의의 구간에 대한 최종 예측값으로 사용하는 것이다.For example, a case in which the reliability of the first prediction model 210, the second prediction model 220, and the third prediction model (not shown) is similar in an arbitrary section will be described. Here, the reliability of the first prediction model 210 is a, the reliability of the second prediction model 220 is b, and the reliability of the third prediction model is c. Here, the reliability is high in the order of a>b>c, and the difference between a and c is within 1%. Therefore, different weights are assigned to a, b, and c in the high order of a, b, and c, and the average of the weighted a, b, and c is calculated and used as the final predicted value for an arbitrary section.

다음으로, 예측값 평탄화 모듈(400)이 복수의 구간마다 상이한 예측 모델에서 출력된 예측값의 불연속을 평탄화 하고, 복수의 구간의 각각에 대해 출력된 최종 예측값을 실측값과 비교하여 잔차를 출력한다.<S32> 이는 도5를 참고하여 설명하기로 한다.Next, the predicted value flattening module 400 flattens discontinuities of predicted values output from different predictive models for each of the plurality of sections, compares the final predicted values output for each of the plurality of sections with the measured values, and outputs a residual. S32> This will be described with reference to FIG. 5.

도5는 도4에 도시된 시간과 발전소 출력에 대한 최종 예측값 사이의 그래프에서 복수의 구간에 대한 발전소 출력에 대한 예측값을 예측값 평탄화 모듈(400)이 연속화 하는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a diagram exemplarily showing that the predicted value flattening module 400 serializes predicted values for the power plant output for a plurality of sections in the graph between the time shown in FIG. 4 and the final predicted value for the power plant output.

다중 예측 모델 모듈(200)이 출력한 최종 예측값은 복수의 예측 모델이 구비되어 복수의 구간마다 상이한 알고리즘으로 출력될 수 있다. 따라서 최종 예측값과 실측값을 비교하여 잔차를 출력하기 위해서는 하나의 기준으로 최종 예측값을 변환하는 작업이 필요하다. 이에 따라, 도5에 도시된 바와 같이 최종 예측값은 불연속을 평탄화 하는 작업을 거쳐 변환될 수 있다.The final predicted value output by the multi-prediction model module 200 may be provided with a plurality of prediction models and may be output with different algorithms for each of a plurality of sections. Therefore, in order to compare the final predicted value with the actual measured value and output the residual, it is necessary to convert the final predicted value with one reference. Accordingly, as shown in FIG. 5, the final predicted value can be transformed through the operation of flattening the discontinuities.

이러한 예측값 평탄화의 작업에는 이동평균필터(Move average filter) 또는 저대역 통과 필터(Low pass filter)가 사용될 수 있다.A moving average filter or a low pass filter may be used for the smoothing of the predicted values.

이동평균필터는 연속적으로 입력되는 값들을 임의의 개수의 평균으로 출력하는 필터이며, 저대역 통과 필터는 입력값들의 주파수 성분 중 고주파 부분은 차단하고, 저주파 부분은 통과시키는 필터이다. 이러한 2가지의 필터는 모두 입력값에서 발생하는 급격한 변화를 부드럽게 연결해주게 된다.The moving average filter is a filter that outputs an average of an arbitrary number of continuously input values, and the low-pass filter is a filter that cuts off a high-frequency portion and passes a low-frequency portion of the frequency components of the input values. Both of these filters smoothly connect sudden changes occurring in the input value.

예를 들어, 이동평균필터는,For example, the moving average filter,

Figure pat00001
Figure pat00001

으로 나타낼 수 있다. 여기서, N은 샘플수를 나타낼 수 있다.Can be represented by Here, N may represent the number of samples.

또한, 저대역 통과 필터의 1차 디지털 저대역 필터의 경우는,In addition, in the case of the first-order digital low-pass filter of the low-pass filter,

Figure pat00002
Figure pat00002

으로 나타낼 수 있다. 여기서,

Figure pat00003
는 샘플링 타임, r은 시정수를 나타낼 수 있다.Can be represented by here,
Figure pat00003
Denotes a sampling time and r denotes a time constant.

아울러, 잔차는 해당 기기의 실측값과 최종 예측값의 차를 이용하여 계산한다. 즉, |실측값 - 최종 예측값|을 통해 잔차를 계산하여 출력할 수 있다.In addition, the residual is calculated by using the difference between the actual measured value of the device and the final predicted value. That is, the residual can be calculated and output through |actual value-final predicted value|.

마지막으로, 결정 모듈(500)이 상기 잔차를 분석하여 상기 발전소의 기동 및 정지 상태의 결함유무를 판단한다.<S33>Finally, the determination module 500 analyzes the residual to determine whether there is a defect in the starting and stopping states of the power plant. <S33>

결정 모듈(500)은 예측값 평탄화 모듈(400)에서 출력한 잔차를 기반으로 해당 기기에 대한 감시 신호가 미리 설정된 정상 운전 범위에 포함되는지 판단할 수 있다.The determination module 500 may determine whether a monitoring signal for a corresponding device is included in a preset normal operation range based on the residual output from the predicted value flattening module 400.

여기서, 정상 운전 범위는 사용자가 설정하는 것에 따라 상이하게 결정될 수 있다. 따라서 잔차가 미리 설정된 정상 운전 범위를 벗어난 값이라면, 해당 기기에 대한 감시 신호는 해당 기기가 비정상 운전 상태에 있는 것으로 판단하여 조기 경보를 발생시키고, 잔차가 미리 설정된 정상 운전 범위를 벗어나지 않은 값이라면 경보를 발생시키지 않는다.Here, the normal driving range may be determined differently according to the user's setting. Therefore, if the residual value is out of the preset normal operation range, the monitoring signal for the device determines that the device is in an abnormal operation state and generates an early warning, and if the residual value does not exceed the preset normal operation range, an alarm Does not occur.

이 때 경보 발생을 위한 정상 운전 범위는 사용자가 조정할 수 있다.At this time, the user can adjust the normal operation range for generating an alarm.

예를 들어, 급수펌프의 정상 운전 범위는 45(최소) ~ 55(최대)이고, 최소값과 최대값의 편차는 10이 된다.For example, the normal operating range of the feed water pump is 45 (minimum) to 55 (maximum), and the deviation between the minimum and maximum values is 10.

따라서 잔차가 정상 운전 범위의 [최대값 - 최소값] 편차(10)의 30%(ㅁ3) 초과 시 경보가 발생되도록 프로그래밍 된 경우, 입력된 실측값이 60이고 계산된 예측값이 52인 경우에는 잔차는 8이 되고 편차의 30%를 초과하여 경보가 발생하게 된다.Therefore, if the residual value is programmed to generate an alarm when it exceeds 30% (ㅁ3) of the deviation (10) of the normal operating range, the residual value is 60 and the calculated predicted value is 52. Becomes 8 and exceeds 30% of the deviation and an alarm is generated.

반대로 실측값이 43이고 예측값이 45라면 잔차가 2가 되어 경보가 발생하지 않게 된다.Conversely, if the measured value is 43 and the predicted value is 45, the residual is 2, and the alarm does not occur.

경보가 발생하게 되면 결정 모듈(500)은 전체 발전소들을 모니터링 하는 통합센터 장치(미도시)로 경보 현황 정보를 전송하여 사용자가 확인할 수 있도록 할 수 있다.When an alarm occurs, the determination module 500 may transmit alarm status information to an integrated center device (not shown) that monitors all power plants so that a user can check it.

이처럼 본 발명에서는 다중 예측 모델을 사용하여 발전소의 기동 및 정지에 관한 감시 신호를 기반으로 복수의 예측값 및 신뢰도를 출력하고, 신뢰도에 따라 순위가 높은 예측값을 실측값과 비교하여 잔차를 출력함으로써, 출력된 잔차가 정상 운전 범위에 포함되는지 판단하여 조기 경보를 발생시킨다.As described above, in the present invention, a plurality of predicted values and reliability are output based on a monitoring signal related to start and stop of a power plant using a multiple prediction model, and a residual value is output by comparing a predicted value with a high ranking according to the reliability with the measured value. An early warning is generated by judging whether the generated residual is within the normal operation range.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art with ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes and additions within the spirit and scope of the present invention. And additions will be seen as falling within the scope of the claims of the present invention.

100 : 신호 측정부
200 : 다중 예측 모델 모듈
210 : 제1예측모델
220 : 제2예측모델
300 : 신뢰도 분석 모듈
400 : 예측값 평탄화 모듈
500 : 결정 모듈
100: signal measuring unit
200: multiple prediction model module
210: first prediction model
220: second prediction model
300: reliability analysis module
400: predicted value flattening module
500: decision module

Claims (1)

다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치에 있어서,
발전소의 기기들의 운전 상태에 관한 정보를 수신하여 복수의 구간마다 예측값 및 상기 예측값에 대한 신뢰도를 출력하는 복수의 예측 모델이 구비된 다중 예측 모델 모듈;
상기 다중 예측 모델에서 출력한 신뢰도를 정량화 및 분석하여 상기 다중 예측 모델에 구비되어 상기 복수의 예측 모델들이 출력한 상기 신뢰도를 기반으로 상기 복수의 예측 모델 중 하나의 예측 모델을 현재의 예측 모델과 스위칭하며, 최종 예측값을 출력하는 신뢰도 분석 모듈;
상기 복수의 예측 모델에서 출력된 상기 예측값의 불연속을 평탄화 하고, 상기 복수의 구간의 각각에 대해 출력된 상기 최종 예측값을 실측값과 비교하여 잔차를 출력하는 예측값 평탄화 모듈; 및
상기 잔차를 분석하여 상기 발전소의 기기들의 운전 상태의 결함유무를 판단하는 결정 모듈;을 포함하며,
상기 신뢰도 분석 모듈은 상기 복수의 구간 중에서 하나의 구간으로부터 다른 구간으로 전환할 시 대표신호의 상태를 기준으로 하여 상기 구간의 전환을 결정하는 다중 예측 모델의 스위칭 기술을 이용한 발전소의 조기 경보 장치.
In the early warning device of a power plant using a switching technology of a multiple prediction model,
A multi-prediction model module including a plurality of prediction models for receiving information on operating states of devices of a power plant and outputting a predicted value and a reliability of the predicted value for each of a plurality of sections;
By quantifying and analyzing the reliability output from the multiple prediction model, switching one prediction model among the plurality of prediction models with the current prediction model based on the reliability output from the plurality of prediction models provided in the multiple prediction model And a reliability analysis module that outputs a final predicted value;
A predicted value flattening module for flattening discontinuities of the predicted values output from the plurality of predictive models, comparing the final predicted values output for each of the plurality of sections with actual measured values, and outputting a residual; And
And a determination module that analyzes the residual to determine whether or not there is a defect in the operation state of the devices of the power plant,
The reliability analysis module is an early warning device for a power plant using a switching technology of a multi-prediction model for determining the switching of the section based on a state of a representative signal when switching from one section to another section among the plurality of sections.
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