JP2015518104A - 過渡状態期間における発電装置の不具合の分類および検出 - Google Patents

Abstract

タービンの過渡動作を監視することは、過渡動作の開始状態および停止状態を識別することと、開始状態から停止状態への経路を定めることを含み、経路は複数の連続的に配置されたサブセグメントを含む。また、経路の各サブセグメントについての複数の動作パラメータの各々の値が取得され、各サブセグメントについて、複数の動作パラメータの各々の値が、その特定の動作パラメータについての所定の許容値に一致するかどうかの決定がなされる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2012年4月6日に出願された「DETECTION AND CLASSIFICATION OF FAILURES OF POWER GENERATION EQUIPMENT DURING TRANSIENT CONDITIONS WITH PHASE SPACE MANIFOLDS DERIVED FROM RETURN MAPS OF ONLINE SENSOR DATA」という表題の米国仮特許出願第61/621,027号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は発電装置の分野に関連し、より具体的には発電装置の不具合の分析(failure analysis)に関する。

一般的に発電装置（例えば、蒸気タービンおよびガスタービン等）は、定常状態および過渡状態の２つの状態で動作する。定常状態では、例えば、温度、圧力、燃料流量、電流等の動作パラメータが実質的に時間とともに変化しない。発電装置における定常状態の最も一般的なシナリオは、特定の定格熱制限(rated thermal limit)での装置動作であるベースロード動作である。過渡状態は、例えば、稼働開始、停止、障害(fault)またはトリップ状態、および負荷変化などのその他のほとんどの場合に当てはまる。

発電装置における定常状態の障害を診断するための１つの従来の方法は、期待値からのずれのためのシステムセンサを監視することを含む。期待値は、典型的には電力装置の理想的な動作モデルから計算され、監視されたセンサからの値が期待値と比較され得る。電力装置の動作に影響を与える全ての因子を測定または監視することは不可能であるため、出来上がった装置動作の数学的モデルはいくつかの装置動作パラメータについて正確さにかける可能性がある。

定常状態動作は、装置動作中での比較的高速な分析（つまり、オンライン分析）を可能とする線形的な振る舞いを示すため、上記した慣例的な方法は、定常状態動作の分析に役立ち得る。一方で、過渡状態は、急激に変化するとともに、頻繁に非線形な挙動を取り得る。従って、発電装置の過渡状態は解析がより困難である。このように、発電装置の過渡状態を効率的に分析する技術、方法、およびシステムの必要性が存在し、特にそのような装置のオンライン分析が必要とされる。

本発明の態様は、タービンの過渡動作を監視するための方法に関する。方法は、過渡動作の開始状態および停止状態を識別するステップと、開始状態から停止状態への経路を定めるステップを含み、経路は複数の連続的に配置されたサブセグメントを含む。またこの方法によれば、経路の各サブセグメントについての複数の動作パラメータの各々の値が取得され、各サブセグメントについて、複数の動作パラメータの各々の値が、その特定の動作パラメータについての所定の許容値に一致するかどうかの決定がなされる。

本発明の他の態様によれば、タービンの過渡動作を監視するためのコンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品には、コンピュータ利用可能プログラムコードを有するコンピュータ可読記録媒体が備えられる。コンピュータ利用可能プログラムコードは、ａ）過渡動作の開始状態および停止状態を識別するように構成され、ｂ）開始状態から停止状態への経路を定めるように構成されるコードを含み、経路は複数の連続的に配置されたサブセグメントを含む。このコードは、さらにｃ）経路の各サブセグメントについての複数の動作パラメータの各々の値を取得するように構成され、ｄ）各サブセグメントについて、複数の動作パラメータの各々の値が、その特定の動作パラメータについての所定の許容値に一致するかどうかを決定するように構成される。

本発明のさらなる他の態様は、タービンの過渡動作を監視するためのシステムに関する。システムは、過渡動作の開始状態および停止状態を識別し、開始状態から停止状態への経路を定めるように構成された制御部を備え、経路は複数の連続的に配置されたサブセグメントを含む。またこのシステムは、経路の各サブセグメントについての複数の動作パラメータの各々の測定値を取得するように構成された、制御部と通信する複数のセンサを備える。さらにシステムは、各サブセグメントについて、複数の動作パラメータの各々の値が、その特定の動作パラメータについての所定の許容値に一致するかどうかを決定するように構成された、制御部と通信する分析部を備える。

本明細書は、本発明を具体的に指摘するとともに明瞭に請求する特許請求の範囲で締められるが、本発明は添付の図面と共に以下の説明からより理解されるであろう。ここでは、類似の符号は類似の要素を識別する。

本発明の原理に従う、３次元位相空間の例を示す図である。 本発明の原理に従う、監視された特定の過渡状態である４つの事象に対応する例示的な過去のデータを示す図である。 本発明の原理に従う、概念化された多様体の境界を示す図である。 本発明の原理に従う、発電装置における過渡状態を監視するための例示的な方法のフローチャートである。 本発明の原理に従う、過渡状態を監視するための図２の例示的な方法の追加の詳細のフローチャートである。 本発明の原理に従う、データ処理システムのブロックダイアグラムである。

以下の好適な実施形態の詳細な説明において、その一部を形成する添付の図面が参照される。図面では、限定する目的としてではなく、本発明が実施されてもよい特定の好適な実施形態が図として示される。その他の実施形態が利用可能であること、本発明の趣旨および範囲を逸脱せずに変更が可能であることは理解されよう。

本明細書で説明される技術、方法、およびシステムを用いて、オンライン方式またはオフラインでの発電装置の過渡動作状態の監視および解析が実行可能である。１つの例示的な過渡状態は、ガスまたは蒸気タービンの稼働開始を含む。従って、この特定の例に対する詳細が本明細書において提供されるが、本発明の原理は、その他の過渡動作状態、例えば停止、トリップまたは障害(fault)、負荷変化等にも同様に適用される。いずれの場合およびその他の過渡動作状態の期間では、発電装置の期待される振る舞いからのずれが検出され得る。

図１Ａは、本発明の原理に従う、３次元位相空間の例を示す。発電装置（例えば、「システム」）がそこにおいて分析され得る位相空間102が生成され得る。位相空間は、システムの全ての可能な状態が空間内の点として記録され得る座標空間である。システムの過渡動作状態を監視する場合に考えられる測定可能な動作パラメータの各々が、位相空間102における各次元である。
例えば、動作パラメータは、例えばｘ軸104として示される燃料流量、例えばｙ軸106として示されるブレード速度、および例えばｚ軸108として示される平均ブレード経路温度を含んでもよい。仮に３つの動作パラメータが例示的な位相空間を定義する測定可能なパラメータであれば、位相空間は３次元である。システムの過渡状態における特定の時刻（例えば、t=1）では、燃料流量はx₁である測定可能な値を有し、ブレード速度はy₁である測定可能な値を有し、ブレード経路温度はz₁である測定可能な値を有する。つまり、システム118の状態は、例示的な３次元位相空間102内の座標点(x_1, y_1, z₁)として定義することができる。同様に、特定の時刻tにおけるシステムの任意の状態は、３要素座標である(x_t, y_t, z_t)による例示的な３次元位相空間内で定義することができる。ここで、x_tは時刻tでの燃料流量の測定可能な値であり、y_tは、時刻tでのブレード速度の測定可能な値であり、z_tは、時刻tでのブレード経路温度の測定可能な値である。つまり、位相空間102の特定の位置を定義する３次元座標の各々に関連し、追加のパラメータ(例えば、時刻t)が存在し得る。以下で説明するように、例えばタービン速度等の時間以外のパラメータも位相空間内の座標の組と関連し得る。この場合では、タービンが異なる速度であるときの測定可能な動作パラメータについての各値は、位相空間内の様々な個々の点を定義する。

システムに対して、３つより多い動作パラメータを考えることで、３次元の位相空間よりも大きな位相空間を定義することができる。例えば、システムに対して過渡動作期間に３５０個の動作パラメータを考慮する場合、３５０次元の位相空間を定義することができ、この位相空間内でシステムの可能な各状態が３５０要素座標値となる。つまり、当業者は、本発明がどんな次元数を有する位相空間にも適用できることを容易に理解するであろう。一方で、３次元位相空間は、図としてより示しやすいため、本発明の実施形態をこの位相空間のサイズにのみ限定するわけではないが、３次元位相空間に関連する例示的な図がここでは提供される。

特にタービンの始動では例示的な動作パラメータは、ブレード経路温度、フラッシュバック温度、燃料流量、燃料温度、燃料圧、ディスクキャビティ温度、排気温度、シェル温度、吸気温度、吸気圧、および様々なバルブ位置を含み得る。その他のセンサおよびパラメータは、本発明の範囲から逸脱することなく同様に考慮可能である。

一度位相空間が定義されると、システムがある状態から次の状態にどのように遷移していくかを示す位相空間を通る経路である状態ベクトルが記述され得る。例えば、監視されるシステムがある状態(x_1, y_1, z₁)から次の状態(x_2, y_2, z₂)に遷移する場合、位相空間内のこれら２つの座標は、その２つの座標間のベクトル（つまり、(x₂-x_1, y₂-y_1, z₂-z₁)）を定義する。

システムは「S」個のセンサの組と関連する。ここで「S」は、整数であり、各センサは過渡状態期間においてシステムの動作パラメータを測定する。例えば、以前の議論においてはS=3である。システムの各状態は、一連の時間点の各々で測定される（例えば、点120を参照）。言い換えれば、システムの状態または位相空間内での点がt_nで作られ、続いて位相空間の他の点がt_n+1で作られる。一連の点の数が増えると、隣り合う各点の間の一連の状態ベクトルが、監視されるシステムの状態遷移の完全な組を記述する。

理想的には、時刻t₁での開始状態と、位相空間内の実質的に同じ点で起こる時刻t_nでの停止状態を有するシステムが、システムの動作を特徴づけるための上記の位相空間の技法に役に立つ。このことが起こった場合、全ての状態ベクトルは軌道経路を定義するとともに、位相空間の開始および停止状態の解析が容易に定められ得る。一方で、発電装置の監視でのいくつかの例、つまりタービン発電システムでは、過渡状態期間において軌道経路をうまく定めることができない。これらの場合、全ての状態ベクトルのセグメント110が選択され得る。選択されたセグメント110は軌道経路の比較的安定したサブ経路である。

セグメント110は、全ての一連の状態遷移ベクトルのなかで特定の開始状態および特定の終了状態を識別することによって選択される。例えば、考慮される過渡状態がタービン始動動作である場合、開始状態は操作者が燃料に点火した時として定義することができ、終了状態はブレーカが例えば発電機と給電システムとの接続を閉じたときとして定義することができる。開始状態が満たされる時、システムの状態は位相空間102内の特定の開始点112に対応し、終了状態が満たされる時、システムの状態は位相空間102内の終了点114に対応する。セグメント110は、開始点112と終了点114の間で起こる状態遷移によって特徴づけられる。以下で説明するように、開始状態、終了状態、およびその他の遷移状態は、同様に本発明の範囲内であると考えられる。

タービン始動遷移状態での終了点114の一例は、タービンが全速無負荷(full-speed-no-load)状態に達した時に対応する。タービンがそのような状態に達した場合、セグメント終了点114が決定される。定められたセグメントに対する終了点を定めるために使用される、定められたイベントまたは特定のセンサ状態に加えて、所定の時間間隔が終了点114を同様に定義する。例えば、例示的な過渡状態としてタービン始動を再び用いれば、セグメント110の終了点114は、「システム状態が開始状態後１５分経過した」として定義することができる。

特定の開始点112および特定の終了点114は、全ての状態ベクトルの経路またはセグメント110を定義し、これら２つの端点の間で、所定の時間間隔において多数のその他の点120が定義される。従って、定められた経路は、連続した一連のサブセグメント116から成り立っていると考えることができる。ここで、状態遷移ベクトルは、各サブセグメントの２つの端点間でシステムの状態がどのように変化するかを記述する。

特定の定められた経路またはセグメント110について、「多様体」（図１Ｃの130を参照）が定義され、それは開始点から終了点への遷移状態が不安定となり得る境界外部を定める位相空間内の表面として考えることができる。言い換えれば、システムの状態（つまり、サブセグメント116のうちの１つ）が位相空間内の多様体の外側にある座標位置に達すると、システムの過渡状態は不安定状態に到達したと推定し、システムは正常な動作に失敗すると推定する。つまり、多様体は、過渡状態中のシステムの動作が不安定になったと推定される位相空間内の外側の境界を定義する。

過渡状態のセグメントに対する多様体を定義する１つの方法は、その特定の過渡状態に関係する過去のデータを利用することである。例えば、タービン始動では多数の以前の別のタービン始動に関係するデータが類似の発電装置に対して利用可能であり得る。具体的には、正常なタービン始動からの過去のデータを使用することは、多様体構築に有益であり、多様体外部に入るどのような始動も、失敗または問題のある始動に対応すると推定される。

この利用可能な過去のデータは、定められたセグメントまたは経路110が存在する位相空間に関係するセンサについてのデータを含む。図１Ａの位相空間102などの位相空間が、燃料流量、ブレード速度、およびブレード経路温度の動作パラメータによって定義される３次元を有する場合、関心のある過去のデータは、同様に多数の以前の正常なタービン始動からのこれら３つの動作パラメータについてのセンサデータを含む。特に、以前の正常なタービン開始のそれぞれに対し、その開始についてのデータは、点火が活性化される前の時間からブレーカの閉じが検出された後の時間での燃料流量、ブレードスピード、およびブレード経路温度の値を含んでもよい。

セグメント110のサブセグメント116を定義する時間点は、開始点112後の各サブセグメント116が生じる各時間期間を定める。同様に過去のデータにおける異なるタービン始動の各々は、開始状態後に収集されたセンサデータと同様に、開始点112に対応する開始状態の発生（例えば、点火活性化）を含む。この収集された過去のセンサデータは、各サブセグメント116に対応する箇所を有する。つまり、過去のデータに含まれる過渡状態の組は、開始点112から終了点114へのセグメントまたは経路の各々を渡る一連の状態遷移ベクトルとしてそれぞれ考えることが可能である。

図１Ｂは、監視された特定の過渡状態である４つの事象に対応する例示的な過去のデータの組を示し、このデータは、位相空間102を通過する４つの各経路112, 124, 126, 128を再構築するために使用され得る。各経路122, 124, 126, 128は、定められた開始状態121に対応する各自の開始点においてスタートし、定められた終了状態123に対応する各自の終了点において終了する。各時点（つまり、サブセグメント116）において、そのサブセグメントに対応する過去のデータは、そのサブセグメントに対する多様体境界を定義するために使用され得る。まとめると、一連の各多様体境界は、結局、全てのセグメントまたは経路110に対する多様体境界130を決定する。

各サブセグメント116では監視されるＳ個の動作パラメータが存在し、各過渡状態での対応するＳ個の値が過去のデータにおいて設定される。ここで、Ｓはセンサの数および位相空間の次元も示す。従って、一連のｎ個のサブセグメントにおける各サブセグメント116について、特に各多様体境界が、監視される動作パラメータの１つに各々対応するＳ個の値を有することになる。

図１Ａおよび１Ｂの例を用いれば、３次元位相空間102内の各セグメント116についての対応するデータを有する、図１Ｂの経路112, 124, 126, 128に対応する特定の過渡状態(H₁, H₂, H₃, H₄)の４つの事象からのデータが存在する。また、各サブセグメント116は、時刻t_nに対応すると考えることができる。ここで、t₀は開始点112に対応し、t_mは終了点114に対応し、t₀≦t_n≦t_mである。

記号H₁(t_n)は、第１の過去のデータセットにおける燃料流量、ブレード速度、ブレード経路温度についてのサブセグメントｎの期間の値を示す３次元座標(x_1n, y_1n, z_1n)を示すために用いられ得る。同様にサブセグメントｎに対応するその他の座標は、その他の三次元過去データセットに同様に含まれ、H₂(t_n) = (x_2n, y_2n, z_2n)，H₃(t_n) = (x_3n, y_3n, z_3n)，H₄(t_n) = (x_4n, y_4n, z_4n)である。

サブセグメントｎについての燃料流量の過去データ（つまり、x_1n, x_2n, x_3n, x_4n）を用いると、このセグメントについての燃料流量の境界値を計算することが可能である。つまり、過渡状態が監視される時に、燃料流量についての現在の測定値が計算された境界値と比較され、測定されたデータが多様体130内にあるかどうかを決定することができる。特定のパラメータについての過去の値の範囲が与えられれば、当業者は、対応する境界値を決定するためにさまざまな異なる技術が使用可能であることを認識するであろう。最小二乗適合および重心計算等を用いることができる。その他の例示的な技術は、平均値、最小値、および最大値を過去のデータに基づき計算することである。

従って、各サブセグメントｎについて、燃料流量の動作パラメータの多値境界値を次のように計算することができる。

値x_{n est}はサブセグメントｎでの監視された燃料流量センサについての期待値を示す。値x_{n min}およびx_{n max}は、サブセグメントｎでの監視された燃料流量センサに対する値の範囲を定める。言い換えれば、値x_{n min}およびx_{n max}は、サブセグメントｎの燃料流量動作パラメータについての多様体境界を定義する。監視された燃料流量センサの値がこの値の範囲の外側にあれば、セグメント110のシステムの状態は多様体130の外側に移動したことになる。

このサブセグメントでのこの動作パラメータの多様体値の直径は、d_nx = (x_{n max} - x_{n min})で示され、直径d_nxの２分の１が、サブセグメントｎのこの特定の動作パラメータの対応する半径r_nrを提供する。例えばこの情報は、多様体を計算する場合にどの過去のデータセットを含むかを選択するために使用することができる。値r_nxは、特定の動作パラメータ（例えば、x = 燃料流量）および特定のサブセグメント（例えば、サブセグメントｎ）についてのデータ内の変動の代表(representative)である。複数の動作パラメータまたは複数のサブセグメントについての大きな半径値をもたらす過去のデータセットは、小さな半径を生成するセットよりもより大きく変化するデータであることを示す。つまり、過去のセットは、多様体130の計算時にどのような種類のデータ分散が望まれるかに基づいて、選択または無視され得る。

一般的に操作者には、サブセットが適切な多様体130を計算するため選択され得る多数の過去のデータセットが提示され得る。様々なタービン動作パラメータが季節環境(seasonal environment)、異なる構成要素の年齢(age)、およびその他の環境特性に応じて変化し得る。従って操作者は、測定される環境と類似の環境で起こった過渡状態についての過去のセットを選択することができる。また、過渡状態自体（例えば、タービン始動、タービン停止、トリップ、フォルト、負荷変化等）が、利用可能な過去のデータの適切なサブセットを選択するために操作者によって使用され得る。

過去のデータの選択は、同様にさらに改良され得る。例えば、過渡状態（例えば、図１Ｂの経路122）についての過去のデータの１つのセットが、１つを除く全ての動作パラメータについて妥当なデータを有することがある。これは、例えばその過去のデータにおいて燃料流量センサが不調であり、その他のセンサが正常に動作した場合に起こり得る。このような場合、操作者は、過去のデータセットのどの動作パラメータを含め、どの動作パラメータを除外するかを特定することができる。従って、多様体計算のために考慮される過去のデータの集合は、ブレード経路温度関連データおよびブレード速度関連データを有する過去のデータの４つのセットを含むが、燃料流量関連データについては３つのみを含んでもよい。

上記のサブセグメントでの境界値に関する例は、動作パラメータのうちの１つにのみ関与した。類似の計算が、各サブセグメントおよび各動作パラメータについて、多様体130の各境界値を決定するために、使用され得る。言い換えると、サブセグメントｎについて以下の値が同様に計算され得る。

従って、例えば１００個のサブセグメントおよび位相空間を定義する３つの動作パラメータを有する経路に関係する多様体130では、監視される過渡状態が、多様体130内に留まる経路110、または多様体130の外側に逸れる経路136に従うかを決定するために適切な多様体値と比較され得る、過渡状態期間中の３００の異なる測定動作パラメータが存在し得る。

図２は、プログラム可能なコンピュータを用いた本発明の原理に従う、上記の発電装置における過渡状態を監視するための例示的な方法のフローチャートである。ステップ202において、特定の開始状態および終了状態が識別され、監視されるべき状態のセグメントを定める。

ステップ204において、ステップ202からのセグメントがさらに、セグメントの開始状態に対した時点にそれぞれ対応する複数のサブセグメントに分けられる。独立して、ステップ206において過渡状態に関する多数の動作パラメータが識別される。各動作パラメータは、過渡状態期間でのシステムのデータを測定することが可能なセンサに対応する。

従って、ステップ208において、各サブセグメントの各動作パラメータについての値が、過渡状態期間であるシステムの動作期間で取得される。ステップ208とは独立して、ステップ210において、異なるサブセグメント各々における各動作パラメータについての所定の許容値が計算される。ステップ212において、動作パラメータの各々が、その特定のサブセグメントについての対応する許容値に一致するステップ208からの測定値を有するか否かが、各サブセグメントに対して決定され得る。ステップ212の結果に応じて、様々な誤差データが決定され得る。

図３は、本発明の原理に従う、過渡状態の監視についてのさらなる詳細を示す。「誤差状態」は、特定のサブセグメントの動作パラメータが多様体の外側に留まる全ての場合として定義される。従って、ステップ302においてプログラム可能なコンピュータシステムは、動作パラメータの測定値が、計算された多様体130によって定義されるその許容最大値よりも大きい、またはその許容最小値よりも小さいか否かを、各サブセグメントｎについて決定することができる。

つまり、測定される過渡状態期間では、起り得る複数の誤差状態が存在しており、過渡状態を特徴づける、または分析するのを助けるために誤差状態に関連する値を収集することは有益である。

例えば、サブセグメントｎについて、仮に測定される動作パラメータ値(x_n, y_n, z_n,)の何れかが多様体の外にある場合を考えると、ステップ304において、警告値a_nはサブセグメントｎについて「１」に等しく設定され得る。もし多様体の外側にある動作パラメータがない場合は、a_nの値は「０」に設定され得る。

また上記の通り、各サブセグメントについて、動作パラメータのそれぞれの対応する推定または予想値が存在する。上記の例では燃料流量について、x_{n est}は、現在監視される過渡状態期間で、サブセグメントｎにおいて、測定される燃料流量値x_nが取るべき値である、過去のデータセットからの予想値を示した。サブセグメントの動作パラメータについて誤差状態が発生した場合、測定値が多様体の外部へ外れた量もまた役立つ。予想値と測定値の間の絶対差分（例えば、x_{n dev} = | x_n - x_{n set} |）等の差分は、期待値から測定値がどれだけ異なっているかの指標を提供する。いくつかの動作パラメータが他のものよりもより広い値の範囲で変化することがあるため、この値x_{n dev}は、正規化された値であってもよい。つまり、正規化される計算は、x_{n dev} = (| x_n - x_{n set} | / d_dx )に基づき上記の値d_nxを考慮してもよく、異なる動作パラメータのずれ値間でより意味のある比較が可能である。

測定される動作パラメータの各々をより具体的にみると、x_nが多様体外部にある場合に、ステップ306において、蓄積値h_iが増やされ得る。iは、動作パラメータの特定の１つを指すインデックス値である（例えば、i = 1は、第１の動作パラメータ「燃料流量」を示し、i = 2は、第２の動作パラメータ「ブレード速度」を示す）。各サブセグメントｎについて蓄積値h_iの量は、そのサブセグメントのx_{n dev}値に基づき増加させられる。一度、t₀≦t_n≦t_mで全てのｎ個のサブセグメントが評価されると、値h_iは、セグメント110の間でインデックス= iに対応する動作パラメータがどれだけ多様体130の外側に変化したかを表す蓄積的な測定を示す。

つまり過渡状態を監視しているとき、次の値が各サブセグメントについて計算可能である。
・各動作パラメータについてのそれぞれの測定値（例えば、x_n）
・サブセグメントの測定値がとると期待される、過去のデータに基づく各動作パラメータについての予想値（例えば、x_{n est}）
・特定の動作パラメータに対する最小許容境界値を示す、過去のデータに基づく各動作パラメータについての最小値（例えば、x_{n min}）
・特定の動作パラメータに対する最大許容境界値を示す、過去のデータに基づく各動作パラメータについての最大値（例えば、x_{n max}）
・このサブセグメントについて動作パラメータの何れかが、それらの許容境界値の外にあったか否かを示す警告値（例えば、a_n）
・特定の動作パラメータ（例えば、x_n）の測定値がその予想値（例えば、x_{n est}）からどれだけ異なるかを表す正規化された値を示す、各動作パラメータについてのずれ値（例えば、x_{n est}）

計算可能なその他の値は以下を含む。
・特定の動作パラメータがその許容境界値の外側であったｎ個のサブセグメントについての蓄積的な測定を提供する、各動作パラメータについてのヒストグラム値（例えば、h_i）

過渡状態が生じている間に（例えば、オンラインで）、または一旦生じると、失敗した動作挙動の障害の分析(fault analysis)を実行する手段として、上記の値が発電装置の過渡状態の分析および監視を可能にする。例えば、監視された過渡状態の記録は、動作パラメータのそれぞれについて２次元データを含む。ここで１次元は時間（例えば、t_n）であり、他の次元は、各サブセグメントｎの動作パラメータ（例えば、x_n）の測定値である。従って、例えばステップ308において、特定の動作パラメータの値が慣例的な折れ線グラフ内で表示され得る。この分野で知られているように、折れ線グラフのスケールは変えることができ、操作者は、比較的小さな時間間隔の詳細を調べたり、また比較的大きな時間間隔をみることで、全体的なデータの傾向を調べることができる。

はじめに、操作者は、分析のために調べることが可能な異なる過渡状態の利用可能な記録のリストが示され得る。このリストから、操作者は、過渡状態の記録から１つを選択することができ、この特定の過渡状態の記録についての位相空間を有する動作パラメータのリストが提示され得る。特に、ヒストグラム情報h_iは、特定の順番で動作パラメータのリストを操作者に示すために使用され得る。例えば、より高いh_iを有する動作パラメータは、許容値の外側に変化し他の動作パラメータよりも大きく伸びる特定の動作パラメータに関連する。つまり、動作パラメータは、h_iに基づく降順でリストにおいて示され得る。さらに、ステップ308では、a_nまたはh_nについての値が同様に操作者に表示され得る。

各動作パラメータが発電システム全体のサブシステムに分類される場合、動作パラメータの順位付けリストは、どのサブシステムが過渡状態期間で不具合のある動作の原因でありそうかを明らかにすることができる。加えて、操作者は順位付けリストから特定の動作パラメータを選択することができ、測定値、ずれ値、またはそれらの組み合わせを表示し、経路110において動作パラメータが、計算された多様体の外側に変化したことをより明瞭に判定することが可能である。例示的なサブシステムの分類は、ブレード経路温度、排気温度、フラッシュバック温度、タービン排気温度、ディスクキャビティ温度、燃料流量、吸気温度と圧力、および燃焼器シェル温度と圧力等を含む。

上記のように、本発明の原理を説明および理解するのを助けるために特定の例が提供された。具体的に「タービン始動」の過渡状態が用いられたが、当業者は他の過渡状態が同様に監視され、解析されてよいことを本発明の範囲から逸脱せずに認識するだろう。同様に、多くの場合では３次元位相空間が議論されたが、本発明の原理はその他の次元数の位相空間にも同じように適用される。動作パラメータである「燃料流量」、「ブレード経路温度」、および「ブレードスピード」も同様に単に例示として使用されたのみであり、発電装置に対して正確に測定可能なその他の多数の動作パラメータが、これらの３つのパラメータの追加として、または代わりとして使用され得る。

タービン始動に加えて、興味のある１つの過渡状態は、ガスタービンの停止であり、そこで開始および終了状態がセグメント経路決定のために識別され得る。Ｖフレームエンジンにおいて、具体的な開始状態は、ガスおよびオイル過速度トリップバルブ(gas and oil overspeed trip valves)が閉じたときに、燃料供給を遮断することである。Ｗフレームエンジンでは、タービンが稼働しているか否かを示す信号が存在し得る。この信号が不活性化(deactivated)である場合、これはタービン停止の開始を示す。具体的な終了状態は、タービン回転速度が100RPMまたはその他の所定の速度になった場合であってよい。停止期間中、関心のあるいくつかの動作パラメータは、ベアリング金属温度、ブレード経路温度、排気温度、フラッシュバック温度、振動、および吸気ガイドベーン位置を含んでよい。

蒸気タービンの始動は、ガスタービンに特に役立つ上記の技術と類似の方法で監視され得るその他の例示的な過渡状態である。上記のように、時間は、異なるサブセグメントを決定するために用いることができる独立な変数またはパラメータであった。対照的に、蒸気タービンは、時間に容易に関係する動作パラメータを必ずしも有さないことがあり、その他の独立な変数が有用であり得る。蒸気タービンの状態ベクトルのサブセグメントを定義するために有用な１つの例示的な動作パラメータは、「タービン速度」である。例えば、サブセグメントは、開始速度から最終速度で終了する50RPM間隔（またはその他の所定の速度間隔）として定義されてよい。従って、多様体値は過渡状態の動作パラメータ値の測定として、時間ではなくタービン速度に対して定められ得る。

比較的に安定な経路、軌道経路、および有益な開始ならびに終了状態を識別することを可能にする部分的に安定な経路である少なくとも１つのセグメントに渡る状態ベクトルを有する発電装置の過渡状態は、上記と同様の方法で監視および分析され得る。つまり、ガスタービン、蒸気タービン、発電機、熱回収蒸気発電機等の分析および監視は、すべて本発明の範囲内であると考える。

図４を参照すると、本発明の原理に従うデータ処理システムのブロック図が本開示に従い示されている。ハードウェアプラットフォームまたは例えば図１Ａ〜３でより詳細に提示されたその態様などを実施するのに使用され得るデータ処理システム400は、システムバス404に接続される複数のプロセッサ402を含む対称形マルチプロセッサ（ＳＭＰ）システムまたはその他の構成を備えてよい。代替的に、シングルプロセッサ402が採用されてもよい。また、システムバス404は、ローカルメモリ408にインターフェイスを提供するメモリ・コントローラ／キャッシュ406に接続される。Ｉ／Ｏブリッジ401は、システムバス404に接続され、インターフェイスをＩ／Ｏバス412に提供する。Ｉ／Ｏバスは、１または２以上のバスおよび、バスブリッジ、入出力装置（Ｉ／Ｏデバイス）、記憶装置、ならびにネットワークアダプタ等の対応するデバイスをサポートするために使用されてよい。ネットワークアダプタは、システムにも接続されてよく、データ処理システムが、介在するプライベートまたはパブリックなネットワークを介してその他のデータプロセッサ、またはリモートプリンタ、または記憶装置に接続すること可能にする。

また、Ｉ／Ｏバスは、グラフィックアダプタ416、記憶装置418、およびコンピュータ利用可能プログラムコードが備えられるコンピュータ利用可能記録媒体420などのデバイスに接続されてよい。コンピュータ利用可能プログラムコードは、本発明の任の態様を実行するため、例えば、図１Ａ〜３に図示された方法、コンピュータプログラム製品、および／またはシステム要素の任意の態様を実施するために実行され得る。

本開示の態様は、全てをハードウェアによる実施で、または全てをソフトウェア（フォームウェア、駐在ソフトウェア、マイクロコード等を含む）による実施で、またはソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせによる実施で実現してよく、本明細書において、それらはすべて「回路」、「モジュール」、「要素」、または「システム」と一般的に称した。さらに、本発明の態様は、コンピュータ可読プログラムコードを備える１または２以上のコンピュータ可読記録媒体に具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとってもよい。

１または２以上のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記録媒体であってよい。コンピュータ可読記録媒体は、限定はしないが例えば、電気的、磁気的、光学的、電磁的、または半導体的なシステム、装置、デバイス、またはそれらの適切な任意の組み合わせであってよい。より詳細なコンピュータ可読記録媒体の例（非包括的なリスト）は、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、リピータを用いた適切な光ファイバ、磁気記憶装置、またはそれらの適切な任意の組み合わせを含む。本明細書においては、コンピュータ可読記録媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスに関して、またはそれらによって使用されるプログラムを含む、または保存することのできる任意の有形記憶媒体であり得る。

コンピュータ可読信号媒体は、例えばベースバンドまたは伝送波の一部において、コンピュータ可読プログラムコードを伴う伝搬データ信号を含んでよい。このような伝送信号は、限定はしないが、電磁気的、光学的、またはそれらの適切な任意の組み合わせを含む、種々の形態をとってよい。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記録媒体でなく、命令実行システム、装置またはデバイスに関して、またはそれらによって使用するためのプログラムを通信、伝搬、または伝送することができる任意のコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読信号媒体に含まれるプログラムコードは、限定はしないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ、またはそれらの適切な任意の組合せを含む適切な任意の媒体を使用して伝送することができる。

本開示の態様の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｓｃａｌａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｅｉｆｆｅｌ、ＪＡＤＥ、Ｅｍｅｒａｌｄ、Ｃ＋＋、ＣＩＩ、ＶＢ．ＮＥＴ、Ｐｈｙｔｈｏｎ、またはそれらの類似物などのオブジェクト指向プログラミング言語と、“ｃ”プログラミング言語、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ ２００３、Ｐｅｒｌ、ＣＯＢＯＬ ２００２、ＰＨＰ、ＡＢＡＰなどの従来の手続型プログラミング言語と、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒｕｂｙ，Ｇｒｏｏｖｙなどの動的プログラミング言語と、その他のプログラミング言語とを含む１または２以上のプログラミング言語の任意の組合せによって記述される。プログラムコードは、スタンドアロンなソフトウェアパッケージとして全てをユーザのコンピュータ上で実行してもよく、一部をユーザのコンピュータ上で実行してもよく、一部をユーザのコンピュータ上で実行するとともに一部をリモートコンピュータ上で実行してもよく、全てをリモートコンピュータまたはサーバ上で実行してもよい。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは任意の種類のネットワークを介して、ユーザのコンピュータと接続してよく、ネットワークは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域エリアネットワーク（ＷＡＮ）、外部コンピュータ（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用するインターネットを用いて）に作られる接続、クラウドコンピューティング環境での接続、またはソフトウェア・アズ・サービス（ＳａａＳ）などのサービスとして提供される接続を含む。

本開示の態様が、開示の実施形態に基づく方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して、本明細書で説明された。フローチャート図および／またはブロック図の各ブロックと、フローチャート図および／またはブロック図の各ブロックの組み合わせが、コンピュータプログラム命令により実施可能であることは理解されるであろう。コンピュータまたはその他のプログラム可能命令実行装置のプロセッサにより実行される命令が、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックまたは複数のブロックで特定される機能／動作を実行するためのメカニズムを作り上げるように、これらのコンピュータプログラム命令は、多目的コンピュータ、専用コンピュータ、その他のプログラム可能データ処理装置に提供され、マシンを作り上げる。

実行されるとコンピュータにフローチャートおよび／またはブロック図のブロックもしくは複数のブロックで特定される機能／動作を実行させる命令を含む製品の物品を、コンピュータ可読記録媒体に保存されると命令が作り上げるように、これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体内に保存され、実行される場合にコンピュータ、その他のプログラム可能データ処理装置、またはその他のデバイスを命令し、特定の方法で機能し得る。コンピュータまたはその他のプログラム可能装置で実行される命令が、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックもしくは複数のブロックで特定される機能／動作を実行するため手順を提供するように、コンピュータプログラム命令は、コンピュータ、その他のプログラム命令実行装置、またはその他のデバイスにロードされ、コンピュータ、その他のプログラム命令実行装置、またはその他のデバイス上で実行されるべき一連の動作ステップを引き起こし、コンピュータ実施プロセスを作り上げる。

本発明の具体的な実施形態が図示され、記載されたが、本発明の要旨および範囲から逸脱することなく様々なその他の変更および改良がなされ得ることは当業者にとっては明らかであろう。従って、本発明の範囲内のそれらの変更および改良全ては添付の特許請求の範囲に入るものとする。

１０２ 位相空間
１０４ ｘ軸
１０６ ｙ軸
１０８ ｚ軸
１１０ セグメント、経路
１１２ 開始点
１１４ 終了点
１１６ サブセグメント
１１８ システム
１２１ 開始状態
１２２，１２４，１２６，１２８ 経路
１２３ 終了状態
１３０ 多様体の境界
１３６ 経路
４００ データ処理システム
４０１ ブリッジ
４０２ プロセッサ
４０４ システムバス
４０６ キャッシュ
４０８ ローカルメモリ
４１２ バス
４１６ グラフィックアダプタ
４１８ 記憶装置
４２０ コンピュータ利用可能記録媒体

Claims (20)

1. タービンの過渡動作を監視するための方法であって、
   前記過渡動作の開始状態および停止状態を識別するステップと、
   前記開始状態から前記停止状態への経路を定めるステップであって、前記経路が複数の連続的に配置されたサブセグメントを含む、ステップと、
   前記経路の各サブセグメントについての複数の動作パラメータの各々の値を取得するステップと、
   前記各サブセグメントについて、前記複数の動作パラメータの各々の値が、その特定の動作パラメータについての所定の許容値に一致するかどうかを決定するステップとを含む、方法。
2. 特定の１つの動作パラメータについての各値がその特定のセグメントのその特定の動作パラメータについての前記所定の許容値に一致しなかったサブセグメントがどれだけあるかに
   少なくとも一部基づき、前記複数の動作パラメータの各々についての各誤差スコアを決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記各誤差スコアに基づき前記複数の動作パラメータを順位づけるステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 特定のサブセグメントの特定の動作パラメータについての前記許容値が、最小値および最大値を有する値の範囲を含み、
   前記動作パラメータの値が前記最大値以下であり、かつ前記最小値以上である場合に、前記特定のサブセグメントの動作パラメータについての各値が前記各所定の許容値に一致する、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数の動作パラメータの各々について、前記経路の前記サブセグメントの各々に対する前記各所定の許容値を計算するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記複数の動作パラメータの各々について、前記経路の前記サブセグメントの各々に対する前記各所定の許容値を計算するステップが、
   前記過渡動作の複数の過去の事例を識別するステップと、
   過去の事例の各々について、前記経路のサブセグメントの各々の特定の１つの動作パラメータの測定値を決定するステップと、
   サブセグメントの各々について、その特定の１つの動作パラメータについての前記所定の許容値を計算するために、前記各測定値を組み合わせるステップとを含む、請求項１に記載の方法。
7. 各所定の許容値の各々が、各最大値、各最小値、および各期待値を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記サブセグメントの各々について、前記複数の動作パラメータの各々に対する各所定の推定値を識別するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記サブセグメントの各々について、前記複数の動作パラメータの各々に対する各所定の値の範囲を識別するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 特定の各サブセグメントについて、特定の動作パラメータの値がその特定の動作パラメータに対する前記所定の許容値に一致しない場合、前記特定の動作パラメータの値および前記各所定の推定値に基づき、その特定のサブセグメントのその特定の動作パラメータについて、各ずれの量を決定するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記各所定の値の範囲に基づき、前記各ずれの量を正規化するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記過渡動作が、タービン始動を含み、
    前記開始状態が、点火活性化を含み、
    前記停止状態が、ブレーカの閉じを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記過渡動作が、タービン停止を含み、
    前記開始状態が、タービン稼働信号の不活性化を含み、
    前記停止状態が、所定の値に到達するタービン回転速度を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記過渡動作が、タービン停止を含み、
    前記開始状態が、過速度のトリップバルブの閉じを含み、
    前記停止状態が所定値に達するタービン回転速度を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記各サブセグメントの各々が、前記開始状態と前記停止状態の間の異なる時間に対応する、請求項１に記載の方法。
16. 前記各サブセグメントの各々が、前記開始状態と前記停止状態の間の異なるタービン回転速度に対応する、請求項１に記載の方法。
17. タービンの過渡動作を監視するためのコンピュータプログラム製品であって、
    コンピュータ利用可能プログラムコードを有するコンピュータ可読記録媒体を備え、
    前記コンピュータ利用可能プログラムコードが、
    前記過渡動作の開始状態および停止状態を識別するように構成されたコンピュータ利用可能プログラムコードと、
    前記開始状態から前記停止状態への経路を定めるように構成されたコンピュータ利用可能プログラムコードであって、前記経路が複数の連続的に配置されたサブセグメントを含む、コンピュータ利用可能プログラムコードと、
    前記経路の各サブセグメントについての複数の動作パラメータの各々の値を取得するように構成されたコンピュータ利用可能プログラムコードと、
    前記各サブセグメントについて、前記複数の動作パラメータの各々の値が、その特定の動作パラメータについての所定の許容値に一致するかどうかを決定するように構成されたコンピュータ利用可能プログラムコードとを含む、コンピュータプログラム製品。
18. 特定の１つの動作パラメータについての各値がその特定のセグメントのその特定の動作パラメータについての前記所定の許容値に一致しないことが起こるサブセグメントに少なくとも一部基づき、前記複数の動作パラメータの各々についての各誤差スコアを決定するように構成された、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
19. タービンの過渡動作を監視するためのシステムであって、
    前記過渡動作の開始状態および停止状態を識別し、前記開始状態から前記停止状態への経路を定めるように構成された制御部であって、前記経路が複数の連続的に配置されたサブセグメントを含む、制御部と、
    前記経路の各サブセグメントについての複数の動作パラメータの各々の値を取得するように構成された、前記制御部と通信する複数のセンサと、
    前記各サブセグメントについて、前記複数の動作パラメータの各々の値が、その特定の動作パラメータについての所定の許容値に一致するかどうかを決定するように構成された、前記制御部と通信する分析部とを備える、システム。
20. 前記分析部が、特定の１つの動作パラメータについての各値がその特定のセグメントのその特定の動作パラメータについての前記所定の許容値に一致しないことが起こるサブセグメントに少なくとも一部基づき、前記複数の動作パラメータの各々についての各誤差スコアを決定するようにさらに構成された、請求項１９に記載のシステム。