KR20230064416A - Apparatus and method for diagnosing fault of power system - Google Patents

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KR20230064416A KR1020210149983A KR20210149983A KR20230064416A KR 20230064416 A KR20230064416 A KR 20230064416A KR 1020210149983 A KR1020210149983 A KR 1020210149983A KR 20210149983 A KR20210149983 A KR 20210149983A KR 20230064416 A KR20230064416 A KR 20230064416A
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Abstract

The present invention relates to a device and a method for diagnosing a fault of a power device. According to an embodiment of the present invention, the method comprises the steps of: obtaining data related to partial discharge of a power device through at least one sensor; separately predicting a probability value that the obtained data corresponds to known defect types using a plurality of neural network models; determining a final probability value for each of the defect types by integrating probability values separately predicted by the neural network models; calculating the reliability of a prediction result of the neural network models; confirming whether the calculated reliability is less than a specified threshold; and determining a defect type of the data as an unknown class when the calculated reliability is less than the threshold. Therefore, classification performance for a learned defect type can be maintained.

Description

전력 기기의 결함 진단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING FAULT OF POWER SYSTEM}Fault diagnosis apparatus and method of power equipment {APPARATUS AND METHOD FOR DIAGNOSING FAULT OF POWER SYSTEM}

본 발명은 알려지지 않은(또는 비학습된) 유형(또는 클래스)의 부분방전(partial discharge)을 진단(예: 판별 또는 분류)할 수 있는 전력 기기의 결함 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing a fault in a power device capable of diagnosing (eg discriminating or classifying) a partial discharge of an unknown (or unlearned) type (or class).

발전소나 변전소 등의 전력설비는 다양한 전력기기를 포함하고 있다. 전력 기기는 고전압 및/또는 고전류에서 동작하는 다수의 부품을 포함하고 있다. 전력 기기에 고전류가 흐르는 경우 과열로 인하여 화재 또는 장비 손상이 초래될 수 있다. 전력 기기는 고전류로 인한 예측할 수 없는 손상을 초래하는 것을 신속하고 적시에 방지하기 위한 장치(예: 회로 차단기 및 단로기와 같은 고전압 부품으로 구성된 전기 기계 장치)를 포함하고 있다. 예를 들어, 전력 기기는 가스절연개폐장치(GIS, Gas Insulated Switchgear)를 포함할 수 있다.Power facilities such as power plants and substations include various power devices. Power devices include many components that operate at high voltages and/or high currents. When a high current flows through a power device, overheating may result in fire or equipment damage. Power equipment includes devices (e.g., electromechanical devices composed of high-voltage components such as circuit breakers and disconnectors) to quickly and timely prevent high currents from causing unpredictable damage. For example, the power device may include a gas insulated switchgear (GIS).

한편, 전력기기는 고장의 전조로서 부분방전(partial discharge)이 발생하게 된다. 즉, 전력기기에 부분방전이 발생하게 되면 절연 파괴에 도달할 가능성이 있고, 표면 방전(surface discharge)이 야기될 수 있으며, 최종적으로 전력기기가 파손되어 동작이 정지될 수도 있다. 따라서, 부분방전의 발생을 조기에 진단하여 적절한 조치를 취함으로써, 전력기기의 고장을 예방하기 위한 부분방전의 감지 및 진단 방법이 필요하다. 예를 들어, 초고주파(UHF, ultra-high frequency), 전류 유도(current induction), 음향 방출(acoustic emission)을 이용한 다양한 부분 방지의 감지 및 진단 방법이 제공되고 있다.Meanwhile, a partial discharge occurs in a power device as a precursor to a failure. That is, when a partial discharge occurs in a power device, insulation breakdown may be reached, surface discharge may be caused, and finally, the power device may be damaged and operation may be stopped. Therefore, there is a need for a method for detecting and diagnosing partial discharge to prevent failure of power devices by diagnosing the occurrence of partial discharge at an early stage and taking appropriate measures. For example, methods for detecting and diagnosing various parts using ultra-high frequency (UHF), current induction, and acoustic emission are provided.

최근에는, 머신 러닝(또는 딥 러닝) 기술(예: ANN(artigicial Neural Networks), SVM(support vector machines), 합성곱 신경망(CNN, Convolutional Neural Networks), DNN(deep Neural Networks))을 기반으로 부분방전의 고장 유형을 분석 및 분류하고, 사용자의 판단 결과를 재반영하여 기계 학습(Machine Learning)함으로써, 부분방전의 고장 유형 분석 및 분류에 대한 정확도를 향상시키는 부분방전의 결함 진단(예: 결함 유형 판단) 장치 및 방법이 제공되고 있다. Recently, machine learning (or deep learning) techniques (e.g., artificial neural networks (ANNs), support vector machines (SVMs), convolutional neural networks (CNNs), deep neural networks (DNNs)) are partially based. Partial discharge defect diagnosis (e.g., defect type) that improves the accuracy of partial discharge failure type analysis and classification by analyzing and classifying the discharge failure type and reflecting the user's judgment results through machine learning (Machine Learning). Judgment) devices and methods are provided.

하지만, 종래의 부분방전의 결함 진단 장치 및 방법은 훈련된(또는 알려진) 결함 유형에 대해서는 정확하게 분류하지만, 비훈련된(또는 알려지지 않은) 결함 유형에 대해서는 분류하지 못하거나, 훈련된 결함 유형으로 오분류하는 문제 및/또는 불편함이 있다. 이에, 비훈련된 결함 유형의 부분방전을 구분할 수 있는 결함 진단 장치 및 방법이 요구되고 있다.However, the conventional apparatus and method for diagnosing partial discharge accurately classify trained (or known) fault types, but fail to classify untrained (or unknown) fault types or erroneously classify them as trained fault types. There is a problem and/or discomfort with sorting. Accordingly, there is a demand for a defect diagnosis apparatus and method capable of distinguishing partial discharge of an untrained defect type.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부분방전의 유형을 학습된(trained) 유형 및 비학습된(untrained) 유형으로 분류할 수 있는 전력기기의 결함 진단 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and to provide an apparatus and method for diagnosing defects in power equipment capable of classifying the types of partial discharge into a trained type and an untrained type. It is to do.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 기기의 결함 진단 방법은, 적어도 하나의 센서를 통해 상기 전력 기기의 부분방전과 관련된 데이터를 획득하는 단계; 다수의 뉴럴 네트워크 모델을 이용하여, 상기 획득된 데이터가 알려진 결함 유형들에 해당할 확률값을 각각 예측하는 단계; 상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델에 의해 각각 예측된 확률값들을 통합하여 각 결함 유형에 해당할 최종 확률값을 결정하는 단계; 상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델의 예측 결과에 대한 신뢰도를 계산하는 단계; 상기 계산된 신뢰도가 지정된 임계치 미만인지 확인하는 단계; 및 상기 계산된 신뢰도가 상기 임계치 미만인 경우 상기 데이터의 결함 유형을 알려지지 않은 유형(unknown class)으로 판별하는 단계를 포함할 수 있다.To achieve the above object, a method for diagnosing a defect in a power device of the present invention includes acquiring data related to partial discharge of the power device through at least one sensor; predicting probability values corresponding to known defect types, respectively, using a plurality of neural network models; Determining a final probability value corresponding to each defect type by integrating probability values predicted by the plurality of neural network models; calculating reliability of prediction results of the plurality of neural network models; checking whether the calculated reliability is less than a specified threshold; and determining the defect type of the data as an unknown class when the calculated reliability is less than the threshold.

본 발명의 전력 기기의 결함 진단 장치는, 상기 전력 기기의 부분방전과 관련된 데이터를 획득하는 센서 모듈; 및 다수의 뉴럴 네트워크 모델을 이용하여, 상기 획득된 데이터가 알려진 결함 유형들에 해당할 확률값을 각각 예측하고, 상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델에 의해 각각 예측된 확률값들을 통합하여 각 결함 유형에 해당할 최종 확률값을 결정하고, 상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델의 예측 결과에 대한 신뢰도를 계산하고, 상기 계산된 신뢰도가 지정된 임계치 미만인지 확인하며, 상기 계산된 신뢰도가 상기 임계치 미만인 경우 상기 데이터의 결함 유형을 알려지지 않은 유형(unknown class)으로 판별하는 결함 진단 모듈을 포함할 수 있다.An apparatus for diagnosing a fault in a power device of the present invention includes a sensor module that obtains data related to a partial discharge of the power device; and predicting probability values corresponding to known defect types by using a plurality of neural network models, respectively, and integrating probability values respectively predicted by the plurality of neural network models to obtain a final probability value corresponding to each defect type. A probability value is determined, reliability of prediction results of the plurality of neural network models is calculated, it is determined whether the calculated reliability is less than a specified threshold, and if the calculated reliability is less than the threshold, the defect type of the data is unknown. It can include a fault diagnosis module that determines the type (unknown class).

이상과 같은 본 발명은 불확실성 추정(uncertainty estimates)을 고려하여 과신뢰 예측(overconfidence predictions)을 감소할 수 있다. 즉, 본 발명은 비학습된 유형의 결함을 학습된 유형의 결함들 중 하나로 오분류하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 학습된 유형의 결함에 대한 분류 성능을 유지할 수 있다. As described above, the present invention can reduce overconfidence predictions by considering uncertainty estimates. That is, the present invention can prevent misclassification of a defect of a non-learned type as one of defects of a learned type. In addition, the present invention can maintain classification performance for defects of the learned type.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함 유형을 가지는 부분 방전 신호들의 패턴을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함 유형을 가지는 부분 방전 신호들의 분포를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함 유형을 가지는 부분방전 신호들의 진폭을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 모듈의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 임계치가 설정되지 않은 결함 진단 장치의 분류 성능에 대한 컨퓨전 매트릭스를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임계치가 설정된 결함 진단 장치의 분류 성능에 대한 컨퓨전 매트릭스를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치의 분류 정확도의 평가 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치의 민감도 및 정밀도의 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분방전의 결함 유형을 판별하는 방법을 도시한 순서도이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A to 2G are graphs illustrating patterns of partial discharge signals having various defect types according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a distribution of partial discharge signals having various defect types according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating amplitudes of partial discharge signals having various defect types according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the structure of a defect diagnosis module according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a confusion matrix for classification performance of a defect diagnosis apparatus for which a threshold is not set.
7A and 7B are diagrams illustrating a confusion matrix for classification performance of a defect diagnosis apparatus for which a threshold is set according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating evaluation results of classification accuracy of a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating analysis results of sensitivity and precision of a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of determining a defect type of partial discharge according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become clear with reference to embodiments described later in detail in conjunction with the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in a variety of different forms. Only these embodiments are provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined by the scope of the claims. It only becomes. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함 유형을 가지는 부분 방전 신호들의 패턴을 도시한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함 유형을 가지는 부분 방전 신호들의 분포를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함 유형을 가지는 부분방전 신호들의 진폭을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 모듈의 구조를 도시한 도면이다.1 is a block diagram showing the configuration of a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2G show patterns of partial discharge signals having various defect types according to an embodiment of the present invention. 3 is a diagram showing the distribution of partial discharge signals having various defect types according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing partial discharge signals having various defect types according to an embodiment of the present invention. A diagram showing the amplitude, and FIG. 5 is a diagram showing the structure of a defect diagnosis module according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치(100)는 발전소 또는 변전소 등의 고전력을 제공하는 전력 설비에 포함되며, 전력 설비를 구성하는 전력 기기를 모니터링하고, 부분방전(PD, patialy discharge) 결함을 진단(예: 감지 및 유형 판별)할 수 있다. 이를 위하여, 결함 진단 장치(100)는 전력 차단 모듈(110) 및 결함 진단 모듈(130)을 포함할 수 있다.1 to 5, the fault diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is included in a power facility providing high power such as a power plant or a substation, and monitors power devices constituting the power facility, Partial discharge (PD) faults can be diagnosed (ie detected and typed). To this end, the fault diagnosis apparatus 100 may include a power cutoff module 110 and a fault diagnosis module 130 .

전력 차단 모듈(110)은 설비 고장 낙뢰, 합선, 누전 등의 이상으로부터 전력 기기의 손상을 방지하는 보호 장치이다. 예를 들어, 전력 차단 모듈(110)은 가스 절연 개폐 장치(GIS, gas insulated switchgear)일 수 있다. 이는 일 예일 뿐, 전력 차단 모듈(110)은 전력을 차단할 수 있는 다양한 장치를 포함할 수 있다.The power cutoff module 110 is a protection device that prevents damage to power devices from abnormalities such as facility failure, lightning, short circuit, and electric leakage. For example, the power cutoff module 110 may be a gas insulated switchgear (GIS). This is just one example, and the power cutoff module 110 may include various devices capable of cutting off power.

전력 차단 모듈(110)은 고장의 전조 증상으로 다양한 유형의 부분방전이 발생할 수 있다. 예들 들어, 전력 차단 모듈(110)은, 도 2a 내지 도 2g에 도시된 바와 같이, 크랙 유형의 부분 방전(도 2a), 플로팅 유형의 부분 방전(도 2b), 자유 파티클(free particle) 유형의 부분 방전(도 2c), 보이드(void) 유형의 부분 방전(도 2d), POC(protrusion on conductor) 유형의 부분 방전(도 2e), POS(particle on spacer) 유형의 부분 방전(도 2f) 또는 POE(protrusion on enclosure) 유형의 부분 방전(도 2g)이 발생할 수 있다. 이는 일 예일 뿐, 다른 유형의 부분방전이 발생할 수 있다.Various types of partial discharge may occur in the power cutoff module 110 as a precursor of failure. For example, the power cut-off module 110, as shown in FIGS. 2A to 2G , crack-type partial discharge (FIG. 2A), floating-type partial discharge (FIG. 2B), free particle type Partial discharge (FIG. 2c), void type partial discharge (FIG. 2d), POC (protrusion on conductor) type partial discharge (FIG. 2e), POS (particle on spacer) type partial discharge (FIG. 2f) or A protrusion on enclosure (POE) type of partial discharge (Fig. 2g) may occur. This is only an example, other types of partial discharges may occur.

부분 방전은 절연물의 열화를 초래하여 궁극적으로 전력 차단 모듈(110)의 고장/파손을 초래할 수 있다. 부분방전을 사전에 인지하여 고장/파손의 예방하기 위하여, 전력 차단 모듈(110)은 부분방전을 검출하기 위한 센서 모듈(120)을 포함할 수 있다. 센서 모듈(120)은 부분방전 신호(예: 초고주파 대역(0.5 ~ 1.5 GHz)에서 동작하며, 5 전력 사이클에서 -14.5 dBm의 민감도 레벨을 가지는 신호)를 검출하는 UHF(ultra-high frequency) 센서일 수 있다. 이는 일 예일 뿐, 센서 모듈(120)은 부분방전 신호를 검출하기 위한 다양한 센서를 포함할 수 있다. 한편, 센서 모듈(120)은 전력 차단 모듈(110)의 외부에 위치할 수도 있다.Partial discharge may cause deterioration of an insulator and ultimately cause failure/damage of the power cutoff module 110 . To prevent failure/damage by recognizing partial discharge in advance, the power cutoff module 110 may include a sensor module 120 for detecting partial discharge. The sensor module 120 is an ultra-high frequency (UHF) sensor that detects a partial discharge signal (eg, a signal operating in an ultra-high frequency band (0.5 to 1.5 GHz) and having a sensitivity level of -14.5 dBm in 5 power cycles) can This is just an example, and the sensor module 120 may include various sensors for detecting the partial discharge signal. Meanwhile, the sensor module 120 may be located outside the power cutoff module 110 .

결함 진단 모듈(130)은 센서 모듈(120)에 의해 획득된 센서 데이터를 수신하고, 이를 분석하여 부분방전 결함 여부 및 결함 유형을 판별할 수 있다. 예를 들어, 결함 진단 모듈(130)은 피크 디텍터를 이용해서 부분방전 신호의 최대값을 캡쳐하고, 각 전력 사이클에서 N개의 샘플을 이용하여 위상분해 부분방전(PRPD, phase resolution partial discharge) 패턴을 측정할 수 있다. The defect diagnosis module 130 may receive the sensor data obtained by the sensor module 120 and analyze the sensor data to determine whether there is a partial discharge defect and the type of defect. For example, the fault diagnosis module 130 captures the maximum value of the partial discharge signal using a peak detector and generates a phase resolution partial discharge (PRPD) pattern using N samples in each power cycle. can be measured

한편, 다양한 결함 유형의 부분방전 신호들의 특징(예: t-SNE(t-distributed stochastic neighbor embedding) 특징) 및 진폭이 유사할 수 있다. 예를 들어, 다양한 결함 유형의 부분방전 신호들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 다양한 결함 유형의 부분방전 신호들 사이의 거리가 가까울 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 평균 진폭 레벨(가로축) 및 최대 진폭 레벨(세로축)이 유사할 수 있다. 이와 같이, 다양한 결함 유형의 부분방전 신호들의 특징 및 진폭의 유사성으로 인하여, 결함 진단 모듈(130)은 센서 모듈(120)을 통해 측정된 부분방전 신호를 이용하여 부분방전의 유형을 정확히 분류하기 어렵다. 예를 들어, 결함 진단 모듈(130)은 훈련되지 않은(알려지지 않은) 유형의 부분방전을 훈련된 유형의 부분방전으로 오분류할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.Meanwhile, partial discharge signals of various defect types may have similar characteristics (eg, t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE) characteristics) and amplitudes. For example, as shown in FIG. 3, the partial discharge signals of various defect types may have a short distance between the partial discharge signals of various defect types, and as shown in FIG. 4, the average amplitude level (horizontal axis ) and the maximum amplitude level (vertical axis) may be similar. As described above, due to similarity in characteristics and amplitudes of partial discharge signals of various types of defects, it is difficult for the defect diagnosis module 130 to accurately classify the type of partial discharge using the partial discharge signal measured through the sensor module 120. . For example, the fault diagnosis module 130 may misclassify a partial discharge of an untrained (unknown) type as a partial discharge of a trained type. A detailed description thereof will be described later with reference to FIG. 6 .

본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 모듈(130)은 불확실성 추정에 기초하여 검출된 부분방전의 유형(또는 클래스(class))를 분류할 수 있다. 예를 들어, 결함 진단 모듈(130)은 부분방전을 알려진 클래스들(known classes) 중 하나 또는 알려지지 않은 클래스(unknown class)로 분류할 수 있다.The defect diagnosis module 130 according to an embodiment of the present invention may classify the detected partial discharge type (or class) based on uncertainty estimation. For example, the fault diagnosis module 130 may classify the partial discharge into one of known classes or an unknown class.

결함 진단 모듈(130)은 다수의 뉴럴 네트워크 모델(예: CNN 모델)을 포함하는 심층 앙상블 구조(심층 앙상블 네트워크)일 수 있다. 예를 들어, 결함 진단 모듈(130)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 입력부(131), 다수의 CNN 모델(133), 및 앙상블 출력부(135)를 포함할 수 있다.The defect diagnosis module 130 may have a deep ensemble structure (deep ensemble network) including a plurality of neural network models (eg, CNN models). For example, the defect diagnosis module 130 may include an input unit 131, a plurality of CNN models 133, and an ensemble output unit 135, as shown in FIG. 5 .

입력부(131)는 순차 위상분해 부분방전 신호(X)를 다수의 뉴럴 네트워크 모델(133)로 전달할 수 있다. 여기서, 위상분해 부분방전 신호(X)는 아래 <식 1>가 같다. The input unit 131 may transmit the sequential phase-resolved partial discharge signal X to a plurality of neural network models 133 . Here, the phase-resolved partial discharge signal (X) is equal to <Equation 1> below.

X = M x N ............. <식 1> X = M x N ............ <Equation 1>

<식 1>에서 M은 전력 사이클(power cycle)의 수이고, N은 위상 각(phase angle)의 수이다.In <Equation 1>, M is the number of power cycles and N is the number of phase angles.

다수의 뉴럴 네트워크 모델(133)은 위상분해 부분방전 신호(X)에 기초하여, 부분방전의 결함 유형을 분류(입력된 부분방전 신호가 각 유형에 해당할 확률 값을 계산)할 수 있다. 다수의 뉴럴 네트워크 모델(133)에 포함된 각 뉴럴 네트워크 모델은 다양한 부분방전 데이터를 기반으로 학습 과정(training phase)을 통해 파라미터들이 최적화될 수 있다. 각 뉴럴 네트워크 모델은 3 x 3의 커널 사이즈를 가지는 2개의 컨볼루션 레이어(133a), 3 x 3의 커널 사이즈를 가지는 2개의 맥스풀링 레이어(133b), 정규화를 위한 2개의 드랍 아웃 레이어(133c), 128개의 노드를 가지는 풀리 커넥티드 레이어(133d), 64개의 노드를 가지는 풀리 커넥티드 레이어(133e), 및 각 클래스의 확률을 출력하는 출력 레이어(133f)로 구성될 수 있다. 이때, 출력 레이어(133)는 아래의 <식 2>의 소프트맥스 함수(softmax function)를 통해 각 클래스의 상대 확률 값(입력된 부분방전 신호가 각 유형에 해당할 확률 값)을 계산할 수 있다.The plurality of neural network models 133 may classify the defect type of the partial discharge (calculate a probability value that the input partial discharge signal corresponds to each type) based on the phase-resolved partial discharge signal X. Parameters of each neural network model included in the plurality of neural network models 133 may be optimized through a training phase based on various partial discharge data. Each neural network model has two convolution layers (133a) with a kernel size of 3 x 3, two max pooling layers (133b) with a kernel size of 3 x 3, and two dropout layers (133c) for normalization. , a fully connected layer 133d having 128 nodes, a fully connected layer 133e having 64 nodes, and an output layer 133f outputting the probability of each class. In this case, the output layer 133 may calculate a relative probability value of each class (probability value that the input partial discharge signal corresponds to each type) through the softmax function of Equation 2 below.

Figure pat00001
……………<식 2>
Figure pat00001
… … … … … <Equation 2>

<식 2>에서, k는 클래스의 인덱스이고, k= 1, 2,..., K의 값을 가질 수 있다. K는 전체 클래스의 수이다. zk는 활성화 함수(컨볼루션 레이어(133a))의 입력이다. In <Equation 2>, k is an index of a class, and may have values of k = 1, 2, ..., K. K is the total number of classes. zk is an input of an activation function (convolutional layer 133a).

앙상블 출력부(135)는, 아래의 <식 3>과 같이, 다수의 뉴럴 네트워크 모델(133)의 출력 값들의 평균 값을 계산할 수 있다. The ensemble output unit 135 may calculate an average value of output values of a plurality of neural network models 133 as shown in Equation 3 below.

Figure pat00002
……………<식 3>
Figure pat00002
… … … … … <Equation 3>

<식 3>에서,

Figure pat00003
는 h번째 뉴럴 네트워크 모델의 출력 값이고, H는 뉴럴 네트워크 모델의 총 수이다.In <Equation 3>,
Figure pat00003
is the output value of the h-th neural network model, and H is the total number of neural network models.

결함 진단 모듈(130)은 앙상블 출력부(135)의 출력 값의 신뢰도(

Figure pat00004
)에 기초하여 부분방전의 클래스를 결정할 수 있다. 신뢰도(
Figure pat00005
)는 아래의 <식 4>와 같이 정의될 수 있다. 즉, 신뢰도(
Figure pat00006
)는 각 클래스에 대한 확률 값들 중 최대값으로 결정될 수 있다.The defect diagnosis module 130 determines the reliability of the output value of the ensemble output unit 135 (
Figure pat00004
), the class of partial discharge can be determined based on Reliability (
Figure pat00005
) can be defined as in <Equation 4> below. That is, reliability (
Figure pat00006
) may be determined as the maximum value among probability values for each class.

Figure pat00007
..............<식 4>
Figure pat00007
..............<Formula 4>

한편, 결함 진단 모듈(130)은, 임계치가 없이 신뢰도만으로 클래스를 결정하는 경우, 낮은 유사도에도 불구하고 알려지지 않은 클래스(또는 비훈련된 클래스)를 알려진 클래스들 중 하나로 오분류할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, when the class is determined only by reliability without a threshold, the defect diagnosis module 130 may misclassify an unknown class (or an untrained class) as one of the known classes despite low similarity. A description thereof will be described in detail with reference to FIG. 6 .

상기 오분류 문제를 해소하기 위하여, 본 발명의 결함 진단 모듈(130)은 신뢰도(

Figure pat00008
)와 지정된 임계치(Thc)를 비교하여 부분방전의 클래스를 분류할 수 있다. 예를 들어, 결함 진단 모듈(130)은 신뢰도(
Figure pat00009
)가 지정된 임계치보다 작으면, 부분방전을 알려지지 않은 클래스로 분류하고, 신뢰도(
Figure pat00010
)가 지정된 임계치(Thc) 이상이면, 알려진 클래스들 중 하나로 분류할 수 있다. 상기 임계치는 현실 세계에서 획득된 부분방전 데이터(예: 위상분해 부분방전 데이터)를 이용하여 결정될 수 있다.In order to solve the misclassification problem, the defect diagnosis module 130 of the present invention has reliability (
Figure pat00008
) and the designated threshold value (Thc), the partial discharge class can be classified. For example, the fault diagnosis module 130 determines the reliability (
Figure pat00009
) is less than the specified threshold, classify the partial discharge into an unknown class, and determine the reliability (
Figure pat00010
) is equal to or greater than the specified threshold (Thc), it can be classified into one of the known classes. The threshold may be determined using partial discharge data (eg, phase-resolved partial discharge data) acquired in the real world.

한편, 결함 진단 모듈(130)은 전력 기기를 제어하는 메인 프로세서(미도시)의 일부이거나, 별도의 프로세서이거나, 소프트웨어 모듈일 수 있다.Meanwhile, the fault diagnosis module 130 may be a part of a main processor (not shown) that controls the power device, a separate processor, or a software module.

도 6은 임계치가 설정되지 않은 결함 진단 장치의 분류 성능에 대한 컨퓨전 매트릭스를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a confusion matrix for classification performance of a defect diagnosis apparatus for which a threshold is not set.

상세한 설명에 앞서, 결함 진단 모듈은 도 2a 내지 도 2g에 도시된 7가지 유형의 부분방전들 중 크랙, 플로팅, 자유 파티클 및 보이드 유형들의 부분방전 데이터에 대해서만 학습되었고, POC, POS, 및 POE 유형들에 대해서는 비학습되었다. 즉, 크랙, 플로팅, 자유 파티클 및 보이드 유형은 알려진 유형의 부분방전이고, POC, POS, 및 POE 유형은 알려지지 않은 유형의 부분방전이다.Prior to the detailed description, the defect diagnosis module learned only partial discharge data of crack, floating, free particle, and void types among the seven types of partial discharges shown in FIGS. 2A to 2G, and POC, POS, and POE types. were unlearned about them. That is, the Crack, Floating, Free Particle, and Void types are known types of partial discharges, and the POC, POS, and POE types are unknown types of partial discharges.

도 6을 참조하면, 임계치가 설정되지 않은 결함 진단 모듈은, 도 6의 식별 부호 610의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POC)의 부분방전을 100 %의 확률로 알려진 유형(프리 파티클)의 부분방전으로 오분류한다. 다른 예로, 임계치가 설정되지 않은 결함 진단 모듈은, 도 6의 식별 부호 620의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POE)의 부분방전을 75 %의 확률로 알려진 유형들 중 크랙 유형의 부분방전으로 오분류하고, 25 %의 확률로 프리 파티클 유형의 부분방전으로 오분류한다. 또 다른 예로, 임계치가 설정되지 않은 결함 진단 모듈은, 도 6의 식별 부호 630의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POS)의 부분방전을 28 %의 확률로 알려진 유형들 중 크랙 유형의 부분방전으로 오분류하고, 72 %의 확률로 프리 파티클 유형의 부분방전으로 오분류한다.Referring to FIG. 6 , the fault diagnosis module for which no threshold is set detects a partial discharge of an unknown type (POC) as a known type (free particle ) is misclassified as a partial discharge. As another example, the fault diagnosis module for which no threshold is set detects a partial discharge of an unknown type (POE) with a probability of 75%, as shown in the figure 620 of FIG. 6, of a crack type among known types. It is misclassified as a discharge, and it is misclassified as a partial discharge of free particle type with a probability of 25%. As another example, the fault diagnosis module for which no threshold is set detects a partial discharge of an unknown type (POS) with a probability of 28%, as shown in the figure 630 of FIG. 6, of a crack type among known types. It is misclassified as a partial discharge and misclassified as a free particle type partial discharge with a probability of 72%.

도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임계치가 설정된 결함 진단 장치의 분류 성능에 대한 컨퓨전 매트릭스를 도시한 도면이다.7A and 7B are diagrams illustrating a confusion matrix for classification performance of a defect diagnosis apparatus for which a threshold is set according to an embodiment of the present invention.

상세한 설명에 앞서, 결함 진단 모듈의 임계치를 95%로 설정하고, 뉴럴 네트워크 모델의 수를 1, 5, 또는 10으로 변경하면서 부분방전의 유형 분류를 수행하였다.Prior to the detailed description, partial discharge type classification was performed while setting the threshold of the defect diagnosis module to 95% and changing the number of neural network models to 1, 5, or 10.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 결함 진단 장치는 뉴럴 네트워크 모델의 수에 따라 분류의 정확도가 달라짐을 알 수 있다. 먼저, 뉴럴 네트워크 모델의 수가 1인 경우 결함 진단 모듈은, 도 7a의 식별부호 710의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POC)의 부분방전을 100 %의 확률로 알려진 유형(프리 파티클)의 부분방전으로 오분류한다. 다른 예로, 임계치가 설정된 결함 진단 모듈은, 도 7a의 식별 부호 720의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POE)의 부분방전을 75 %의 확률로 알려진 유형들 중 크랙 유형의 부분방전으로 오분류하고, 25 %의 확률로 프리 파티클 유형의 부분방전으로 오분류한다. 또 다른 예로, 임계치가 설정된 결함 진단 모듈은, 도 7a의 식별 부호 730의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POS)의 부분방전을 20 %의 확률로 알려진 유형들 중 크랙 유형의 부분방전으로 오분류하고, 72 %의 확률로 프리 파티클 유형의 부분방전으로 오분류하고, 8 %의 확률로 알려지지 않은 유형의 부분방전으로 분류 한다.Referring to FIGS. 7A to 7C , it can be seen that the classification accuracy of the defect diagnosis apparatus varies according to the number of neural network models. First, when the number of neural network models is 1, the defect diagnosis module detects a partial discharge of an unknown type (POC) as a known type (free particle) with a probability of 100%, as shown in the diagram of identification code 710 of FIG. 7A. is misclassified as a partial discharge of As another example, the fault diagnosis module in which the threshold is set, as shown in the diagram of identification code 720 of FIG. 7A, partial discharge of an unknown type (POE) is classified as a partial discharge of a crack type among known types with a probability of 75%. misclassify, and with a probability of 25% misclassify as partial discharge of free particle type. As another example, the fault diagnosis module in which the threshold is set, as shown in the diagram of identification code 730 of FIG. 7A, partial discharge of an unknown type (POS) with a probability of 20% is a partial discharge of a crack type among known types. , misclassified as a partial discharge of free particle type with a probability of 72%, and classified as a partial discharge of an unknown type with a probability of 8%.

다음으로, 뉴럴 네트워크 모델의 수가 5인 경우 결함 진단 모듈은, 도 7b의 식별부호 740의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POC)의 부분방전을 36 %의 확률로 알려진 유형(프리 파티클)의 부분방전으로 오분류하고, 64 %의 확률로 알려지지 않은 유형의 부분방전으로 분류한다. 다른 예로, 임계치가 설정된 결함 진단 모듈은, 도 7b의 식별 부호 750의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POE)의 부분방전을 70 %의 확률로 알려진 유형들 중 크랙 유형의 부분방전으로 오분류하고, 30 %의 확률로 알려지지 않은 유형의 부분방전으로 분류한다. 또 다른 예로, 임계치가 설정된 결함 진단 모듈은, 도 7b의 식별 부호 760의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POS)의 부분방전을 20 %의 확률로 자유 파티클 유형의 부분방전으로 오분류하고, 80 %의 확률로 알려지지 않은 유형의 부분방전으로 분류한다.Next, when the number of neural network models is 5, the defect diagnosis module detects a partial discharge of an unknown type (POC) as a known type (free particle ), and classified as an unknown type of partial discharge with a probability of 64%. As another example, the fault diagnosis module in which the threshold is set, as shown in the drawing of identification code 750 in FIG. 7B , partial discharge of an unknown type (POE) is classified as a partial discharge of a crack type among known types with a probability of 70%. misclassify, with a probability of 30 % classified as a partial discharge of unknown type. As another example, the fault diagnosis module for which the threshold is set misclassifies a partial discharge of an unknown type (POS) as a partial discharge of a free particle type with a probability of 20%, as shown in the diagram of identification code 760 of FIG. 7B . and classified as a partial discharge of unknown type with a probability of 80 %.

마지막으로, 뉴럴 네트워크 모델의 수가 10인 경우 결함 진단 모듈은, 도 7c의 식별부호 770의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POC)의 부분방전을 100 %의 확률로 알려지지 않은 유형의 부분방전으로 분류한다. 다른 예로, 임계치가 설정된 결함 진단 모듈은, 도 7c의 식별 부호 780의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POE)의 부분방전을 100 %의 확률로 알려지지 않은 유형의 부분방전으로 분류한다. 또 다른 예로, 임계치가 설정된 결함 진단 모듈은, 도 7c의 식별 부호 790의 도면에 도시된 바와 같이, 알려지지 않은 유형(POS)의 부분방전을 100 %의 확률로 알려지지 않은 유형의 부분방전으로 분류한다.Finally, when the number of neural network models is 10, the defect diagnosis module detects a partial discharge of an unknown type (POC) with a probability of 100%, as shown in the drawing of identification code 770 in FIG. 7c. classified as discharge. As another example, the fault diagnosis module for which the threshold is set classifies a partial discharge of an unknown type (POE) as a partial discharge of an unknown type with a probability of 100%, as shown in the diagram of identification code 780 in FIG. 7C . As another example, the fault diagnosis module for which the threshold is set classifies a partial discharge of an unknown type (POS) as a partial discharge of an unknown type with a probability of 100%, as shown in the drawing of identification code 790 in FIG. 7C . .

한편, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 알려진 유형의 부분 방전들(크랙, 플로팅, 자유 파티클, 보이드)에 대한 분류 결과는 뉴럴 네트워크 모델의 수가 변경되어도 유지됨을 알 수 있다. 즉, 임계치와 네럴 네트워크의 수를 적절히 설정하면, 알려진 유형의 부분방전에 대한 분류 성능을 유지하면서, 알려지지 않은 유형의 부분방전이 알려진 유형의 부분방전으로 오분류되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 7A to 7C , it can be seen that classification results for known types of partial discharges (crack, floating, free particle, and void) are maintained even if the number of neural network models is changed. That is, by properly setting the threshold and the number of neural networks, it is possible to prevent partial discharges of unknown types from being misclassified as partial discharges of known types while maintaining classification performance for partial discharges of known types.

한편, 도 7a 내지 도 7c는 일 예일 뿐, 뉴럴 네트워크 모델의 수는 입력 데이터의 특성과 분류 대상에 따라 변경될 수 있다.Meanwhile, FIGS. 7A to 7C are only examples, and the number of neural network models may be changed according to characteristics of input data and classification targets.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치의 분류 정확도의 평가 결과를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating evaluation results of classification accuracy of a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.

상세한 설명에 앞서, 결함 진단 장치의 분류 정확도는 임계치(예: 0, 0.75, 0.85, 0.95) 및 뉴럴 네트워크 수(예: 1, 5, 10)를 변경하면서, 학습된 클래스(알려진 유형)와 비학습된 클래스(알려지지 않은 유형)의 부분방전에 대하여 평가되었다.Prior to the detailed description, the classification accuracy of the fault diagnosis device is obtained by varying the threshold value (e.g. 0, 0.75, 0.85, 0.95) and the number of neural networks (e.g. 1, 5, 10), and the learned class (known type) and Evaluated for partial discharge of learned class (unknown type).

도 8을 참조하면, 결함 진단 장치는 학습된 클래스(알려진 유형)의 부분방전에 대한 분류 정확도를 유지(최소 95.52%)하며, 비학습된 클래스(알려지지 않은 유형)의 부분방전의 오분류를 방지(예: 임계치가 0.95이고, 뉴럴 네트워크 수가 10인 경우 100%로 방지)할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, the fault diagnosis apparatus maintains classification accuracy (at least 95.52%) for partial discharges of a learned class (known type) and prevents misclassification of partial discharges of a non-learned class (unknown type). (e.g., if the threshold is 0.95 and the number of neural networks is 10, it can be prevented by 100%).

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치의 민감도 및 정밀도의 분석 결과를 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating analysis results of sensitivity and precision of a defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.

상세한 설명에 앞서, 결함 진단 장치의 민감도 및 정밀도는 임계치를 0.95로 설정하고, 뉴럴 네트워크 모델의 수(예: 1, 5, 10)를 변경하면서, 학습된 클래스(알려진 유형)와 비학습된 클래스(알려지지 않은 유형)의 부분방전에 대하여 평가되었다.Prior to the detailed description, the sensitivity and precision of the fault diagnosis device were determined by setting the threshold to 0.95 and changing the number of neural network models (e.g., 1, 5, 10) to learn class (known type) and non-learned class. (of unknown type) was evaluated for partial discharge.

민감도는 아래의 <식 5>에 의해 측정되고, 정밀도는 <식 6>에 의해 측정된다.Sensitivity is measured by <Equation 5> below, and precision is measured by <Equation 6>.

Figure pat00011
……………… <식 5>
Figure pat00011
… … … … … … <Equation 5>

Figure pat00012
………………… <식 6>
Figure pat00012
… … … … … … … <Equation 6>

<식 5> 및 <식 6>에서 TP(True Positive)는 고장 종류를 정확하게 분류한 것을 의미하고, FP(False Positive)는 실제 그 고장이 아닌데 그 고장으로 분류한 것을 의미하고, FN(False Negative)는 그 고장을 다른 고장 유형으로 분류한 것을 의미한다.In <Equation 5> and <Equation 6>, TP (True Positive) means that the type of failure is accurately classified, FP (False Positive) means that it is classified as a failure when it is not an actual failure, and FN (False Negative ) means that the failure is classified into different failure types.

도 9를 참조하면, 학습된(또는 알려진) 클래스(또는 유형)에 대한 민감도는 뉴럴 네트워크 모델의 수가 변경되더라도 동일하게 유지됨을 알 수 있다. 이에 반하여, 비학습된(또는 알려지지 않은) 클래스(또는 유형)에 대한 민감도는 뉴럴 네트워크 모델의 수가 증가할수록 증가함을 알 수 있다. 특히, 뉴럴 네트워크 모델의 수 10인 경우 비학습된 클래스에 대한 민감도가 100%로 증가됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 , it can be seen that the sensitivity for the learned (or known) class (or type) remains the same even if the number of neural network models is changed. In contrast, it can be seen that the sensitivity for unlearned (or unknown) classes (or types) increases as the number of neural network models increases. In particular, when the number of neural network models is 10, it can be seen that the sensitivity for the non-learned class increases to 100%.

한편, 학습된 클래스에 대한 정밀도는 뉴럴 네트워크 모델의 수가 10인 경우 100 %임을 알 수 있다. 이에 반하여, 비학습된(또는 알려지지 않은) 클래스(또는 유형)에 대한 정밀도는 90% 이상임을 알 수 있다. 이는 임계치가 0.95로 설정됨에 따라, 0.95 미만의 신뢰도를 가지는 경우 알려진 클래스일지라도 알려지지 않은 클래스로 분류(예측)될 수 있기 때문이다.Meanwhile, it can be seen that the precision of the learned class is 100% when the number of neural network models is 10. In contrast, it can be seen that the precision for unlearned (or unknown) classes (or types) is over 90%. This is because, as the threshold value is set to 0.95, even a known class can be classified (predicted) into an unknown class when the reliability is less than 0.95.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부분방전의 결함 유형을 판별하는 방법을 도시한 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a method of determining a defect type of partial discharge according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 결함 진단 장치는, 1001 단계에서, 센서(예: 센서 모듈(120))을 통해 부분방전 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 결함 진단 장치는 초음파 센서를 통해 부분방전 신호를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 10 , in step 1001, the defect diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention may obtain partial discharge data through a sensor (eg, the sensor module 120). For example, the defect diagnosis apparatus may obtain a partial discharge signal through an ultrasonic sensor.

결함 진단 장치는, 1003 단계에서, 다수의 뉴럴 네트워크 모델(예: 다수의 뉴럴 네트워크 모델(133))을 이용하여 상기 획득된 데이터에 대하여 각 결함 유형에 해당할 확률 값을 예측할 수 있다. 예를 들어, 각 뉴럴 네트워크 모델은, <식 2>와 같이, 상기 데이터가 이전에 학습된(또는 알려진) 유형들에 해당할 확률 값을 각각 예측할 수 있다. 디시 말해, 다수의 뉴럴 네트워크 모델들이 4개의 결함 유형에 대하여 학습된 경우 각 뉴럴 네트워크 모델은 상기 데이터가 제1 유형에 해당할 제1 확률 값, 제2 유형에 해당할 제2 확률 값, 제3 유형에 해당할 제3 확률 값, 및 제4 유형에 해당할 제4 확률 값을 예측할 수 있다. 이때, 결합 진단 장치가 10개의 뉴럴 네트워크 모델을 포함하는 것으로 가정하면, 상기 제1 유형에 해당할 제1 확률 값, 제2 유형에 해당할 제2 확률 값, 제3 유형에 해당할 제3 확률 값, 및 제4 유형에 해당할 제4 확률 값은 각각 10개이다.In step 1003, the defect diagnosis apparatus may predict a probability value corresponding to each defect type with respect to the acquired data using a plurality of neural network models (eg, a plurality of neural network models 133). For example, each neural network model may predict a probability value corresponding to previously learned (or known) types of data, as shown in <Equation 2>. In other words, when a plurality of neural network models are trained for four defect types, each neural network model has a first probability that the data corresponds to the first type, a second probability that the data corresponds to the second type, and a third probability that the data corresponds to the second type. A third probability value corresponding to the type and a fourth probability value corresponding to the fourth type may be predicted. At this time, assuming that the combined diagnosis device includes 10 neural network models, a first probability value corresponding to the first type, a second probability value corresponding to the second type, and a third probability corresponding to the third type value and the fourth probability value corresponding to the fourth type are 10, respectively.

결함 진단 장치는, 1005 단계에서, 다수의 뉴럴 네트워크 모델에 의해 예측된 유형별 확률 값을 통합하여 최종 확률 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 결함 진단 장치는, <식 3>과 같이, 각 유형별 확률 값들의 평균 값을 상기 최종 확률 값으로 결정할 수 있다. 다시 말해, 결함 진단 장치는 10개의 뉴럴 네트워크 모델을 포함하고, 뉴럴 네트워크 모델들이 4개의 결함 유형에 대하여 학습된 경우 10개의 제1 확률 값들의 평균 값을 제1 유형에 해당할 최종 확률 값으로 결정하고, 10개의 제2 확률 값의 평균 값을 제2 유형에 해당할 최종 확률 값으로 결정하고, 10개의 제3 확률 값의 평균 값을 제3 유형에 해당할 최종 확률 값으로 결정하고, 10개의 제4 확률 값의 평균 값을 제4 유형에 해당할 최종 확률 값으로 결정할 수 있다.In step 1005, the defect diagnosis apparatus may determine a final probability value by integrating probability values for each type predicted by a plurality of neural network models. For example, as shown in <Equation 3>, the defect diagnosis apparatus may determine an average value of probability values for each type as the final probability value. In other words, the defect diagnosis apparatus includes 10 neural network models, and when the neural network models are trained for 4 types of defects, the average value of the 10 first probability values is determined as the final probability value corresponding to the first type. And, the average value of the 10 second probability values is determined as the final probability value corresponding to the second type, the average value of the 10 third probability values is determined as the final probability value corresponding to the third type, and the 10 An average value of the fourth probability values may be determined as a final probability value corresponding to the fourth type.

결함 진단 장치는, 1007 단계에서, 다수의 뉴럴 네트워크 모델을 이용한 예측 결과에 대한 신뢰도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 결함 진단 장치는, <식 4>와 같이, 최종 확률 값들 중 가장 큰 값으로 신뢰도를 결정할 수 있다.In step 1007, the defect diagnosis apparatus may calculate reliability of a prediction result using a plurality of neural network models. For example, the defect diagnosis apparatus may determine reliability as the largest value among final probability values, as shown in <Equation 4>.

결함 진단 장치는, 1009 단계에서, 신뢰도가 지정된 임계치(예: 95 %) 미만인지 확인할 수 있다. 상기 임계치는 현실 세계에서 수집된 부분방전 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 1009 단계의 확인 결과, 신뢰도가 지정된 임계치 미만인 경우 결함 진단 장치는, 1011 단계에서, 데이터의 결함 유형을 알려지지 않은 결함 유형(또는 비학습된 결함 유형)으로 판별할 수 있다. 반면에, 신뢰도가 지정된 임계치 이상인 경우 결함 진단 장치는, 1013 단계에서, 신뢰도에 기초하여, 알려진 결함 유형들 중 하나(가장 큰 최종 확률 값을 가지는 결함 유형)로 데이터의 결함 유형을 판별할 수 있다. 예를 들어, 제1 유형에 해당할 최종 확률 값이 96 %이고, 제2 유형에 해당할 최종 확률 값이 4 %이고, 제3 유형에 해당할 최종 확률 값이 0 %이고, 제4 유형에 해당할 최종 확률 값이 0 %인 경우 결함 진단 장치는 데이터의 결함 유형을 제1 유형으로 판별할 수 있다.In step 1009, the defect diagnosis apparatus may check whether the reliability is less than a specified threshold value (eg, 95%). The threshold may be determined based on partial discharge data collected in the real world. As a result of the confirmation in step 1009, if the reliability is less than the specified threshold, the defect diagnosis apparatus may determine the defect type of the data as an unknown defect type (or an unlearned defect type) in step 1011. On the other hand, if the reliability is equal to or greater than the specified threshold value, the defect diagnosis apparatus may determine the defect type of the data as one of known defect types (a defect type having the highest final probability value) based on the reliability in step 1013. . For example, the final probability value corresponding to the first type is 96%, the final probability value corresponding to the second type is 4%, the final probability value corresponding to the third type is 0%, and the final probability value corresponding to the fourth type is When the corresponding final probability value is 0%, the defect diagnosis apparatus may determine the defect type of the data as the first type.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the illustrated embodiments of the present invention, these are only examples, and those skilled in the art to which the present invention belongs can variously It will be apparent that other embodiments that are variations, modifications and equivalents are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 결함 진단 장치
110: 전력 차단 모듈 120: 센서 모듈
130: 결함 진단 모듈
100: fault diagnosis device
110: power blocking module 120: sensor module
130: fault diagnosis module

Claims (10)

전력 기기의 결함을 진단하는 방법에 있어서,
적어도 하나의 센서를 통해 상기 전력 기기의 부분방전과 관련된 데이터를 획득하는 단계;
다수의 뉴럴 네트워크 모델을 이용하여, 상기 획득된 데이터가 알려진 결함 유형들에 해당할 확률값을 각각 예측하는 단계;
상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델에 의해 각각 예측된 확률값들을 통합하여 각 결함 유형에 해당할 최종 확률값을 결정하는 단계;
상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델의 예측 결과에 대한 신뢰도를 계산하는 단계;
상기 계산된 신뢰도가 지정된 임계치 미만인지 확인하는 단계; 및
상기 계산된 신뢰도가 상기 임계치 미만인 경우 상기 데이터의 결함 유형을 알려지지 않은 유형(unknown class)으로 판별하는 단계를 포함하는 방법.
A method for diagnosing a fault in a power device, comprising:
obtaining data related to partial discharge of the power device through at least one sensor;
predicting probability values corresponding to known defect types, respectively, using a plurality of neural network models;
Determining a final probability value corresponding to each defect type by integrating probability values predicted by the plurality of neural network models;
calculating reliability of prediction results of the plurality of neural network models;
checking whether the calculated reliability is less than a specified threshold; and
and determining a defect type of the data as an unknown class when the calculated reliability is less than the threshold.
제 1 항에 있어서,
상기 계산된 신뢰도가 상기 임계치 이상인 경우 상기 데이터의 결함 유형을 알려진 결함 유형들 중 상기 신뢰도에 대응하는 결함 유형으로 판별하는 단계를 더 포함하는 방법.
According to claim 1,
and determining a defect type of the data as a defect type corresponding to the reliability among known defect types when the calculated reliability is greater than or equal to the threshold.
제 1 항에 있어서,
상기 최종 확률값을 결정하는 단계는
각 유형별 확률 값들의 평균 값을 상기 최종 확률값으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The step of determining the final probability value is
And determining an average value of probability values for each type as the final probability value.
제 3 항에 있어서,
상기 신뢰도를 계산하는 단계는
각 유형별 평균 값들 중 최대 값을 상기 신뢰도로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 3,
The step of calculating the reliability is
And determining a maximum value among average values for each type as the reliability.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델은
현실 세계에서 획득된 부분 방전 데이터에 기반하여, 각각 별도로 훈련되며, 서로 상이한 최적의 파라미터들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The plurality of neural network models are
Based on partial discharge data obtained in the real world, each method is trained separately and has different optimal parameters.
전력 기기의 결함 진단 장치에 있어서,
상기 전력 기기의 부분방전과 관련된 데이터를 획득하는 센서 모듈; 및
다수의 뉴럴 네트워크 모델을 이용하여, 상기 획득된 데이터가 알려진 결함 유형들에 해당할 확률값을 각각 예측하고, 상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델에 의해 각각 예측된 확률값들을 통합하여 각 결함 유형에 해당할 최종 확률값을 결정하고, 상기 다수의 뉴럴 네트워크 모델의 예측 결과에 대한 신뢰도를 계산하고, 상기 계산된 신뢰도가 지정된 임계치 미만인지 확인하며, 상기 계산된 신뢰도가 상기 임계치 미만인 경우 상기 데이터의 결함 유형을 알려지지 않은 유형(unknown class)으로 판별하는 결함 진단 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
In the fault diagnosis device of power equipment,
a sensor module acquiring data related to partial discharge of the power device; and
Using a plurality of neural network models, probability values corresponding to known defect types are each predicted, and probability values respectively predicted by the plurality of neural network models are integrated to obtain a final probability value corresponding to each defect type. Determines, calculates the reliability of the predicted results of the plurality of neural network models, determines whether the calculated reliability is less than a specified threshold, and if the calculated reliability is less than the threshold, determines the defect type of the data as an unknown type. A device characterized in that it includes a fault diagnosis module that is determined as (unknown class).
제 6 항에 있어서,
상기 결함 진단 모듈은
상기 계산된 신뢰도가 상기 임계치 이상인 경우 상기 데이터의 결함 유형을 알려진 결함 유형들 중 상기 신뢰도에 대응하는 결함 유형으로 판별하는 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 6,
The fault diagnosis module
When the calculated reliability is greater than or equal to the threshold value, a defect type of the data is determined as a defect type corresponding to the reliability among known defect types.
제 6 항에 있어서,
상기 결함 진단 모듈은
각 유형별 확률 값들의 평균 값을 상기 최종 확률값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 6,
The fault diagnosis module
An apparatus characterized by determining an average value of probability values for each type as the final probability value.
제 8 항에 있어서,
상기 결함 진단 모듈은
각 유형별 평균 값들 중 최대 값을 상기 신뢰도로 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 8,
The fault diagnosis module
An apparatus characterized by determining a maximum value among average values for each type as the reliability.
제 6 항에 있어서,
상기 센서 모듈은
초음파 센서인 것을 특징으로 하는 장치.
According to claim 6,
The sensor module
A device characterized in that it is an ultrasonic sensor.
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