Трансфердик энтропияга негизделген багытталган тармак (Transfer-Entropy-Based Directed Network, TEDN) — шамал турбинасынын SCADA өзгөрмөлөрүнүн ортосундагы багытталган божомолдоочу маалымат берүүнү ар бир жылма убакыт терезесинде трансфердик энтропия аркылуу чагылдырган тармак модели. Изилдөө айрым температура, кубат же ток маанилеринде ачык чектен ашуу болушун күтүүнүн ордуна, бузулууга чейин көп өзгөрмөлүү системанын өз ара аракеттенүү түзүмүндө болгон кайра уюшулууну көзөмөлдөйт. Катарлаш TEDN тармактарынын ортосундагы багытталган байланыш өзгөрүүлөрү; түйүндүн термелүүсү, биринчи даражадагы коңшулук ичиндеги өзгөрүү жана биринчи/экинчи даражадагы коңшулуктардын ортосундагы өзгөрүү менен бириктирилип, түйүн деңгээлинде Transfer Entropy Dynamic Network Marker (TE-DNM) упайы эсептелет. Түйүн упайларынын суммасы болсо турбина үчүн Comprehensive Warning Indicator (CWI), башкача айтканда Комплекстүү Эскертүү Көрсөткүчүн түзөт.

Ыкма EDP Renewables тарабынан берилген 2017-жылдагы 10 мүнөттүк SCADA жазууларынын негизинде бааланган. Бир эле моделдеги үч турбина колдонулган: T01, T06 жана T07. Нормалдуу абалды калибрлөөдө T01 турбинасынын 8–12-январь 2017 аралыгындагы 500 катарлаш үлгүсү колдонулган; 100 үлгүлүк, башкача айтканда 1000 мүнөттүк терезелер жана бир үлгүлүк жылдыруу кадамы колдонулган. Нормалдуу абалда CWI негизинен 0–3 аралыгында калгандыктан, 3 мааниси кейс-изилдөөлөрдө эскертүү босогосу катары колдонулган. Бир гана босого ашуусу жетиштүү деп эсептелген эмес; каалаган беш катарлаш терезенин жок дегенде экөөндө CWI босогодон ашкан учурда эрте эскертүү түзүлгөн.

T01 трансформаторунун бузулушунда ызы-чуусуз негизги абалда биринчи жарактуу алдын ала белги терезеси 199, катталган бузулуу терезеси 281 деп аныкталган; бул айырма 82 терезеге же болжол менен 13,67 саатка туура келген. Gaussian ызы-чуусу кошулган 15 кайталоо тажрыйбасында биринчи эскертүү терезелери 183 менен 206нын ортосунда калган жана булак текшерилген ызы-чуу диапазонунда эскертүү убактысы жалпысынан туруктуу калганын билдирген. T06 редуктор подшипнигинин бузулушунда TE-DNM катталган бузулуудан 17 терезе, башкача айтканда болжол менен 2,83 саат мурда; T07 гидравликалык компоненттеги май агып кетүүдө болсо 141 терезе, башкача айтканда болжол менен 23,5 саат мурда жарактуу эскертүү чыгарган.

Салыштырууда 3DV-DNM ыкмасы T06 үчүн 193-терезеде, TE-DNM болсо 189-терезеде; T07 үчүн 3DV-DNM 260-терезеде, TE-DNM болсо 241-терезеде эскертүү берген. Бирок бул жыйынтыктар изилденген эки гана реалдуу бузулуу окуясы жана үч турбина үчүн жарактуу. Трансфердик энтропия байланыштары физикалык бузулуу себептүүлүгүн далилдебейт; алар багытталган божомолдоочу маалымат берүүдөгү статистикалык өзгөрүүлөрдү көрсөтөт. Жогорку упай алган түйүндөр тейлөө кызматкерлерине кайсы өлчөөлөрдү жана компоненттерди биринчи текшерүү керектиги боюнча талапкер далил бере алат, бирок чыныгы бузулуу механизмин аныктоо үчүн тейлөө жазуулары жана түздөн-түз физикалык текшерүү талап кылынат.

Шамал турбиналарында эрте эскертүү көйгөйү эмне үчүн көп өзгөрмөлүү?

Шамал турбиналары өзгөрмө шамал жүктөрүнүн, айлана-чөйрө шарттарынын, механикалык эскирүүнүн, электр жүктөрүнүн өзгөрүшүнүн жана башкаруу системасынын кийлигишүүлөрүнүн шартында иштеген татаал системалар. Баштапкы этаптагы начарлоо бир SCADA өзгөрмөсүн дароо классикалык сигналдык чектен чыгарбашы мүмкүн. Температуралар, токтор же айлануу ылдамдыктары өз-өзүнчө нормалдуу деп эсептелген диапазондо калып турганда, бул өзгөрмөлөрдүн ортосундагы динамикалык байланыштар өзгөрө башташы мүмкүн.

Ошондуктан изилдөөнүн негизги мамилеси “кайсы сенсордун мааниси нормадан тыш?” деген суроодон мурда “системанын өзгөрмөлөрүнүн ортосундагы өз ара аракеттенүү түзүмү өзгөрүп жатабы?” деген суроону коёт. Бул мамиле критикалык жайлоо деп аталган динамикалык система түшүнүгү менен байланышкан. Система критикалык өтүүгө жакындаганда бузуу таасирлеринен калыбына келүү ылдамдыгынын азайышы, термелүүлөрдүн туруктуураак болушу жана өзгөрмөлөрдүн ортосундагы өз ара аракеттенүү түзүмүнүн күчөшү же кайра уюшулушу күтүлүшү мүмкүн.

Салттуу динамикалык тармак маркерлеринин чеги

Динамикалык тармак маркерлери критикалык өтүүгө чейин термелүүсү жана бирге кыймылы күчөгөн өзгөрмөлөрдөн өтүүгө сезгич ички тармак түзө алат. Бирок көптөгөн салттуу DNM мамилелеринде тармак четтери Pearson корреляциясы сыяктуу симметриялуу байланыш өлчөмдөрүнө негизделет. Мындай тармак A менен Bнин бирге өзгөргөнүн көрсөтө алат, бирок Aнын өткөнү Bнин келечеги жөнүндө кошумча божомолдоочу маалымат береби жана байланыштын багыты кайсы экенин айырмалай албайт.

Бул изилдөөнүн негизги жаңылыгы симметриялуу корреляция четинин ордуна трансфердик энтропияга негизделген багытталган тармакты колдонушунда. Ошентип, байланыштын күчү гана эмес, божомолго салым кошкон маалымат агымынын багыты да моделге киргизилет.

Трансфердик Энтропияга Негизделген Багытталган Тармак (TEDN) Деген Эмне?

TEDN — ар бир жылма SCADA убакыт терезесинде көзөмөлдөнгөн өзгөрмөлөрдү түйүн катары, өзгөрмөлөрдүн ортосундагы маанилүү трансфердик энтропия маанилерин болсо багытталган жана салмакталган чет катары колдонгон тармак; муну менен ал системанын бирге өзгөрүшүн гана эмес, кайсы өзгөрмөнүн өткөндөгү маалыматы башка өзгөрмөнүн келечеги жөнүндө кошумча божомолдоочу маалымат алып жүрөрүн да көрсөтөт.

Трансфердик энтропиянын математикалык мааниси

Булак A өзгөрмөсүнөн B өзгөрмөсүнө багытталган трансфердик энтропияны шарттуу өз ара маалымат түрүндө аныктайт:

\[ TE_{A\rightarrow B}^{(w)} = I\left(X_t^{(A)};X_{t+\mathrm{lag}}^{(B)}\mid X_t^{(B)}\right) \]

Бул жерде \(TE_{A\rightarrow B}^{(w)}\) — \(w\) убакыт терезесинде Aдан Bге багытталган трансфердик энтропия. \(X_t^{(A)}\) Aнын учурдагы/өткөн абалын; \(X_t^{(B)}\) Bнин учурдагы абалын; \(X_{t+\mathrm{lag}}^{(B)}\) болсо Bнин кечигүү убактысынан кийинки маанисин көрсөтөт. Шарттуу өз ара маалымат \(I(X;Y\mid Z)\), Bнин өз өткөнү белгилүү болгондо Aнын өткөнү Bнин келечеги жөнүндө канча кошумча маалымат берерин өлчөйт.

Изилдөө трансфердик энтропияны параметрдик сызыктуу моделдин ордуна KSG-kNN негизиндеги шарттуу өз ара маалымат баалоочусу менен эсептейт. Ар бир үлгү үчүн колдонулган үчтүк түзүм төмөнкүдөй:

\[ (x_n,y_n,z_n) = \left( X_n^{(A)}, X_{n+\mathrm{lag}}^{(B)}, X_n^{(B)} \right) \]

Коңшулук аралык жалпы \((X,Y,Z)\) мейкиндигинде Chebyshev, башкача айтканда максималдуу норма менен эсептелет:

\[ L_\infty(u_a,u_b) = \max_r |u_{a,r}-u_{b,r}| \]

Булакта берилген KSG негизиндеги шарттуу өз ара маалымат баалоочусу төмөнкү түзүлүшкө ээ:

\[ I_{KSG}(X;Y\mid Z) = \psi(k)+\psi(N) - \frac{1}{N} \sum_{a=1}^{N} \left[ \psi(n_{xz}(a)+1) + \psi(n_{yz}(a)+1) - \psi(n_z(a)+1) \right] \]

\(\psi\) digamma функциясын; \(k\) эң жакын коңшунун даражасын; \(N\) терезе ичиндеги колдонууга жарактуу үлгүлөрдүн санын; \(n_{xz}\), \(n_{yz}\) жана \(n_z\) болсо белгиленген коңшулук радиусунун ичинде тиешелүү ички мейкиндиктерде жайгашкан үлгүлөрдүн санын көрсөтөт.

SCADA маалыматтары убакыт терезелерине кантип бөлүнөт?

Алдын ала иштетилген маалымат узундугу \(l\), жылдыруу кадамы \(h\) болгон терезелерге бөлүнөт. Жалпы \(T\) убакыт чекити үчүн булакта терезелердин саны:

\[ K=\left(\frac{T-l}{h}\right)+1 \]

түрүндө берилет. Ар бир терезе \(l\) убакыт чекитинен жана \(m\) мониторинг өзгөрмөсүнөн турган \(l\times m\) өлчөмүндөгү маалымат матрицасын камтыйт. Ар бир өзгөрмө жуп үчүн трансфердик энтропия эсептелгенден кийин терезеге тиешелүү багытталган коңшулук матрицасы алынат:

\[ TE^{(w)} = \left[ TE_{A\rightarrow B}^{(w)} \right]_{m\times m} \]

Эсептелген ар бир трансфердик энтропия чет катары сакталабы?

Жок. Изилдөө адегенде ар бир терезенин ичинде трансфердик энтропия байланыштарынын маанилүүлүгүн пермутация тести менен баалайт. Ар бир жуп үчүн 50 пермутация колдонулган, көптөгөн тесттер маселеси үчүн False Discovery Rate (FDR) көзөмөлү колдонулуп, FDR босогосу 0,2 деп белгиленген.

Эң күчтүү %5 четти тандоо түйүн коңшулуктарын күчтүүрөөк божомолдоочу көз карандылыктарга топтоо үчүн колдонулган изилдөө параметри. Булак мунун башка турбиналар же маалымат топтомдору үчүн оптималдуу экени көрсөтүлбөгөнүн ачык белгилейт.

TE-DNM жана CWI Эрте Эскертүүнү Кантип Түзөт?

TE-DNM катарлаш TEDN терезелериндеги багытталган байланыш өзгөрүүсүн түйүн жана коңшулук термелүүсү менен бириктирет; ар бир түйүндүн TE-DNM упайлары кошулганда CWI алынат жана CWI нормалдуу абалдан үйрөнүлгөн босогодон кайра-кайра ашканда бузулуу алдындагы эскертүү түзүлөт.

1. Катарлаш терезелердеги багытталган байланыш өзгөрүүсү: STEC

A менен Bнин ортосундагы трансфердик энтропиянын катарлаш эки терезенин ортосундагы өзгөрүүсү булакта Specific Transfer Entropy Coefficient (STEC) түзүмү менен көрсөтүлөт:

\[ STE_{A\rightarrow B}^{(w)} = TE_{A\rightarrow B}^{(w)} - TE_{A\rightarrow B}^{(w-1)} \]

Белги багытталган байланыш күчөп же алсырап жатканын; абсолюттук маани болсо өзгөрүүнүн чоңдугун көрсөтөт:

\[ \left|STE_{A\rightarrow B}^{(w)}\right| = \left| TE_{A\rightarrow B}^{(w)} - TE_{A\rightarrow B}^{(w-1)} \right| \]

2. Түйүн жана биринчи даражадагы коңшулук термелүүсү: DCVI

Dynamic Directed Volatility Intensity (DCVI) борбордук түйүн менен түздөн-түз багытталган байланыштагы биринчи даражадагы коңшулардын салыштырмалуу өзгөрмөлүүлүгүн бириктирет. Булак стандарттык четтөөнү орточо мааниге карата нормалдаштырылган коэффициенттерди жана нөлгө бөлүүнү болтурбоо үчүн кичинекей оң \(\varepsilon\) туруктуусун колдонот:

\[ DCVI_A(w) = \frac{ \frac{\sigma_A(w)}{\mu_A(w)+\varepsilon} + \sum_{B\in N_1(A,w)} \frac{\sigma_B(w)}{\mu_B(w)+\varepsilon} }{ n_1(A,w)+1 } \]

\(N_1(A,w)\) — A түйүнүнүн биринчи даражадагы багытталган коңшулук топтому; \(n_1(A,w)\) — бул топтомдогу түйүндөрдүн саны. DCVIнин милдети тармак четиндеги өзгөрүүгө гана эмес, түйүн жана жакын коңшулардагы өлчөө термелүүсүнө да сезгичтик берүү.

3. Биринчи даражадагы коңшулук ичиндеги өзгөрүү: TEin

Биринчи даражадагы коңшулар менен багытталган трансфердик энтропия өзгөрүүлөрүнүн орточо мааниси:

\[ TEin_A(w) = \frac{1}{n_1(A,w)} \sum_{B\in N_1(A,w)} \left| TE_{A\rightarrow B}^{(w)} - TE_{A\rightarrow B}^{(w-1)} \right| \]

түрүндө эсептелет. TEin A түйүнүнүн түздөн-түз багытталган айланасындагы байланыштын кайра уюшулушун өлчөйт.

4. Биринчи жана экинчи даражадагы коңшулуктардын ортосундагы өзгөрүү: TEout

Экинчи даражадагы коңшулук \(N_2(A,w)\), Aнын биринчи даражадагы коңшуларына байланышкан, бирок A жана биринчи даражадагы коңшулук топтомуна кирбеген түйүндөрдү камтыйт. Булак биринчи жана экинчи даражадагы коңшулуктардын ортосундагы орточо багытталган байланыш өзгөрүүсүн:

\[ TEout_A(w) = \frac{1}{n_1(A,w)n_2(A,w)} \sum_{B\in N_1(A,w)} \sum_{C\in N_2(A,w)} \left| TE_{B\rightarrow C}^{(w)} - TE_{B\rightarrow C}^{(w-1)} \right| \]

менен аныктайт.

Бир түйүн үчүн биринчи же экинчи даражадагы коңшулук бош болсо, тиешелүү TE-DNM түйүн упайы нөл деп кабыл алынат. Булак бул нөл “нормалдуу иштөө” дегенди билдирбесин; жетиштүү тармак-коңшулук маалыматы жок экенин билдирерин өзгөчө белгилейт. Бир терезеде эч бир жарактуу түйүн жок болсо, жарактуу CWI эсептелбейт жана терезе эскертүү баалоосунан чыгарылат.

5. Түйүн деңгээлиндеги TE-DNM упайы

Үч түзүм төмөнкүдөй бириктирилет:

\[ TE\text{-}DNM_A(w) = \frac{ DCVI_A(w)\times TEin_A(w) }{ TEout_A(w)+\varepsilon } \]

Бул катыш борбордук түйүн жана жакын коңшулардагы термелүүнү жакын аймактагы багытталган байланыш кайра уюшулуусу менен бирге күчөтүп, ошол эле учурда кеңири коңшулук чөйрө менен салыштыруу/нормалдаштырууну камсыз кылат.

6. Система деңгээлиндеги Комплекстүү Эскертүү Көрсөткүчү

Турбинанын бардык жарактуу түйүн упайлары кошулуп:

\[ CWI(w) = \sum_{A=1}^{m} TE\text{-}DNM_A(w) \]

алынат. CWI бир гана өзгөрмөнүн амплитудасын эмес, тармактын ар кайсы бөлүктөрүндө пайда болгон багытталган динамикалык кайра уюшулуунун жалпы белгисин көрсөтөт.

Ыкманын Verianla процесс көрүнүшү

Трансфердик Энтропия Физикалык Себептүүлүктү Далилдейби?

Жок. Бул изилдөөдө трансфердик энтропия “себептик” деген сөздү маалымат теориялык, багытталган божомолдоочу көз карандылык маанисинде колдонот; Aдан Bге жогорку же өзгөрүп турган TE байланышы A физикалык жактан Bдеги бузулууга себеп болгонун далилдебейт жана чыныгы бузулуу механизмин ырастоо үчүн иш жазуулары, тейлөө табылгалары жана компонентти түздөн-түз текшерүү талап кылынат.

Бул айырма ыкманын түшүндүрүлүүчүлүк дооматы үчүн маанилүү. Жогорку түйүн упайы тейлөө кызматкерлерине кайсы өзгөрмөлөр же байланыштар олуттуу түрдө кайра уюшулганын көрсөтөт. Бирок “жогорку упай алган өзгөрмө бузулуунун себеби” деген жыйынтык чыгарууга болбойт.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Колдонулган SCADA маалымат топтому

Изилдөө EDP Renewables жарыялаган Wind farm 1 - Wind turbine SCADA signals 2017 маалымат топтомун колдонот. Өлчөөлөр 10 мүнөттүк интервалдар менен жазылган. Бир эле моделдеги T01, T06 жана T07 турбиналары тандалган. Турбиналардын номиналдык кубаттуулугу 2 MW, номиналдык шамал ылдамдыгы 12 m/s, ишке кирүү ылдамдыгы 4 m/s жана токтотуу ылдамдыгы 25 m/s деп берилген.

Көзөмөлдөнгөн 24 үзгүлтүксүз SCADA өзгөрмөсү

Маалыматты алдын ала иштетүү жана нормалдуу абалды калибрлөө

Алдын ала иштетүү этабында Local Outlier Factor (LOF) ыкмасы четки үлгүлөрдү аныктоо үчүн колдонулган, алынып салынган маанилер KNN имputation аркылуу толукталган жана андан кийин өзгөрмөлөр стандартташтырылган.

Нормалдуу абалдын эталону үчүн T01 турбинасынын 8–12-январь 2017 аралыгындагы 500 катарлаш үлгүсү тандалган. Ар бир терезе 100 үлгү камтыгандыктан, бир терезе 1000 мүнөттүк иш убактысын камтыйт. Жылдыруу кадамы \(h=1\). 500 үлгүдөн 401 тармак терезеси түзүлгөн; тармак өзгөрүүсүн эсептөө катарлаш тармак жуптарын талап кылгандыктан 400 жарактуу CWI мааниси алынган.

Булак 3 босогосун ар башка турбина моделдерине же башка иш чөйрөлөрүнө түздөн-түз көчүрбөө керек экенин өзгөчө белгилейт. Жаңы турбинада же иштөө шартында босого ошол бирдиктин өзүнүн нормалдуу абал бөлүштүрүлүшүнөн процентиль же экстремалдык-маани критерийи сыяктуу ыкмалар менен кайра калибрлениши керек. Беш терезенин ичинде эки ашуу эрежеси да универсалдуу оптималдуу экени текшерилген эмес.

T01 трансформаторунун бузулушу: негизги эрте эскертүү жыйынтыгы

T01 трансформаторунун бузулушу 11-август 2017 саат 13:10до катталган. Талданган катарда катталган бузулуу 281-терезеге туура келет. Ызы-чуу кошулбаган учурда биринчи жарактуу алдын ала белги босого ашуусу 199-терезеде аныкталган. Ошентип бузулуу менен биринчи алдын ала белгинин ортосунда 82 терезе, 10 мүнөттүк үлгү алуу интервалында болжол менен 13,67 саат болгон.

Булак бул жерде маанилүү убакыт айырмасын белгилейт: ретроспективдүү “алдын ала белги башталышы” убактысы — кийин эки-of-беш ырастоо критерийинин аткарылышына алып келген эң эрте босого ашуусу. Ошондуктан 13,67 сааттык маани реалдуу убакыт системасы сигналды операторго так берген учурдан эсептелген онлайн сигнал убактысы катары түшүндүрүлбөшү керек.

Gaussian ызы-чуусуна туруктуулук

T01 кейсинде түпкү маалыматка \(\sigma=0{,}1\), \(0{,}2\) жана \(0{,}5\) болгон үч Gaussian ызы-чуу деңгээли кошулуп, ар бир деңгээл үчүн беш көз карандысыз реализация түзүлгөн. Ошентип ызы-чуусуз негизги абалдан тышкары жалпы 15 ызы-чуулуу кайталоо бааланган.

Он беш ызы-чуулуу иштетүүдө биринчи эскертүү терезеси 183–206 диапазонунда калган. Булак бул жыйынтыкты текшерилген ызы-чуу диапазону жана T01 трансформатор кейси үчүн көрсөткүчтүн туруктуулугун колдогон далил катары чечмелейт; аны бардык сенсор ызы-чуулары, бардык иш шарттары же бардык турбиналар үчүн жалпы туруктуулук далили катары көрсөтпөйт.

Абляция: DCVI алып салынганда эмне болот?

DCVIнин салымын текшерүү үчүн TEDN сакталган, бирок \(DCVI=1\) деп туруктуу коюлуп, түйүн термелүүсүнүн модуляциясы алып салынган. Бул конфигурациянын өз нормалдуу абал масштабы боюнча CWI маанилери [0,1] диапазонунда калып, 1 маани сигнал босогосу катары колдонулган. T01 бузулуу маалыматында CWI эч бир жарактуу терезеде бул босого жеткен эмес жана ырасталган сигнал түзүлгөн эмес.

Бул жыйынтык изилденген T01 кейсинде түйүн жана биринчи даражадагы коңшулук термелүүсүн камтыган DCVI компоненти эрте эскертүүнүн сезгичтигине салым кошорун көрсөтөт. Бирок ар башка абляциялардын CWI масштабдары жана сигнал босоголору бирдей болбогондуктан, абсолюттук CWI чоңдуктарына гана карап ыкманын артыкчылыгы тууралуу жыйынтык чыгарууга болбойт.

Абляция: Трансфердик энтропиянын ордуна Pearson корреляциясы колдонулганда эмне болот?

Экинчи абляцияда багытталган трансфердик энтропия четтери Pearson correlation coefficient (PCC) менен алмаштырылган. PCC негизиндеги нормалдуу абал үчүн [0, 0,25] эталон диапазону жана 0,25 босого мааниси аныкталган.

T01 бузулуу маалыматында PCC негизиндеги CWI 49 жана 56-терезелерде гана босого жеткен. Бул эки терезе бир эле беш терезелик аралыктын ичинде болбогондуктан, эки-of-беш эскертүү эрежеси аткарылган эмес жана ырасталган сигнал түзүлгөн эмес. Булак бул кейсте TE негизиндеги багытталган тармак баштапкы бузулуу белгилерине PCC негизиндеги багытсыз байланыш тармагына караганда сезгичирээк болгонун баалайт.

T06 редуктор подшипнигинин бузулушу

T06 үчүн катталган окуя 17-октябрь 2017 саат 08:38де болгон редуктор подшипнигинин бузулушу. CWI босого ашуулары 189, 190, 198 жана 201-терезелерде болгон. Катталган бузулуу 206-терезеде.

Салыштырууда 3DV-DNM да бузулууга чейин эскертүү берген, бирок TE-DNMнин биринчи жарактуу эскертүүсү төрт терезе эртерээк болгон. Ошентсе да эки ыкманын сигналды ырастоо эрежелери бирдей эмес: TE-DNM эки-of-беш, 3DV-DNM болсо өзүнүн ыкма аныктамасына ылайык үч-of-беш босого ашуусун колдонот. Ошондуктан жыйынтык “ар кандай шартта абсолюттук артыкчылык” эмес, булакта колдонулган ыкмага мүнөздүү эрежелер алдындагы салыштыруу.

T07 гидравликалык компонентте май агып кетиши

T07де 17-июнь 2017 саат 11:35те гидравликалык компонентте май агып кетиши катталган. Биринчи CWI босого ашуусу 241-терезеде пайда болгон; 245, 259, 260, 307, 308, 329 жана 330-терезелерде кошумча ашуу окуялары байкалган. Катталган бузулуу 382-терезеде.

Эки реалдуу бузулуу кейсинин экөөндө тең TE-DNM булакта колдонулган 3DV-DNM салыштыруусуна караганда биринчи эскертүүнү эртерээк чыгарган. Бирок салыштыруу бир гана benchmark ыкмасы жана эки реалдуу бузулуу түрү менен чектелген.

Үч негизги кейс бир таблицада

Маанилүү чечмелөө чеги: T01, T06 жана T07 үчүн берилген бул убакыттар ретроспективдүү кейс-талдоолордо алынган. Булакта өзгөчө T01 үчүн эрте “алдын ала белги башталышы” убактысы онлайн системанын сигнал критерийин иш жүзүндө толуктаган учурдан эртерээк болушу мүмкүн экени айтылат. Ошондуктан бул маанилер реалдуу талаа сигнал системасында кепилденген эксплуатациялык реакция убакыттары катары колдонулбашы керек.

Түйүн упайлары ыкманы кантип түшүндүрүлө турган кылат?

Система деңгээлиндеги CWI “эскертүү бар/жок” деген маалыматты гана бербейт. Түйүн TE-DNM упайлары кайсы SCADA өзгөрмөлөрү тармактын кайра уюшулушуна көбүрөөк салым кошконун да көрсөтөт. Булак бул рейтингди тейлөө текшерүүсүн артыкчылыктуу кылуу үчүн талапкер далил катары баалайт.

T07 үчүн булак өзгөчө басым, май деңгээли же түздөн-түз агып кетүү агымы сыяктуу өлчөөлөр гидравликалык бузулууну түздөн-түз чечмелөөгө көбүрөөк мүмкүнчүлүк берерин белгилейт. Колдонулган ачык SCADA маалымат топтомунда кеңири тейлөө отчеттору жана компонент текшерүү табылгалары жок болгондуктан, түйүн упайларынан физикалык бузулуунун жайылуу жолу чыгарылган эмес.

Эскертүүдөн кийин сунушталган инженердик мамиле

Изилдөө CWI өсүшү автоматтык түрдө “тетикти алмаштыр” буйругу болушу керек деп эсептебейт. Булакта сунушталган мамиле баскычтуу:

1. Адегенде сенсордун жарактуулугу жана маалымат сапаты текшерилет.
2. Эң жогорку упай алган түйүндөр жана багытталган байланыштар каралат.
3. Учурдагы үлгү мурунку нормалдуу иштөө мезгили менен салыштырылат.
4. Кубат, ток, айлануу ылдамдыгы жана тиешелүү температура жазуулары бирге бааланат.
5. Белги туруктуу болсо, тиешелүү компоненттердин максаттуу физикалык текшерүүсү пландалат.
6. Тейлөө, жүктү азайтуу же derating чечими учурдагы эксплуатациялык далилдер менен бирге кабыл алынат.
7. Жалган сигналдардын саны жана кийинки физикалык текшерүүнүн жыйынтыктары жазылып, ыкманын чыныгы инженердик баалуулугу көзөмөлдөнөт.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• Багытталган трансфердик энтропия сыналган SCADA маалыматтарында бузулууга чейинки көп өзгөрмөлүү байланыштын кайра уюшулушун көрсөтүү үчүн колдонулушу мүмкүн болгон.
• Нормалдуу T01 эталон мезгилинде CWI негизинен [0,3] диапазонунда калган.
• T01 трансформатор кейсинде сыналган Gaussian ызы-чуу деңгээлдеринде биринчи эскертүү терезеси жалпысынан туруктуу калган.
• DCVI алып салынган абляцияда T01 үчүн ырасталган эскертүү түзүлгөн эмес.
• PCC негизиндеги багытсыз тармак абляциясында T01 үчүн эки-of-беш сигнал критерийи аткарылган эмес.
• T06 жана T07 реалдуу бузулуу кейстеринде TE-DNM катталган окуялардан тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 2,83 жана 23,5 саат мурда алдын ала белги берген.
• T06 жана T07де TE-DNM булакта колдонулган 3DV-DNM benchmarkынан эртерээк биринчи эскертүү берген.
• Түйүн упайлары кайсы өлчөөлөр эскертүүгө көбүрөөк салым кошконун көрүнүктүү кылып, тейлөө текшерүүсүн багыттай ала турган талапкер далил берет.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• TE байланыштары физикалык себептүүлүктү же бузулуунун жайылуу жолун далилдебейт.
• CWI=3 босогосун бардык шамал турбиналарына түз колдонууга болору көрсөтүлгөн эмес.
• 100 үлгүлүк терезе, %5 байланыш тандоосу, FDR=0,2 же эки-of-беш ырастоо эрежеси бардык маалымат топтомдору үчүн оптималдуу экени көрсөтүлгөн эмес.
• Үч турбина жана эки реалдуу бузулуу түрү боюнча бардык бузулуу түрлөрү камтылган деген жыйынтык чыгарууга болбойт.
• Сыналган Gaussian ызы-чуу деңгээлдери бардык сенсор каталары же ызы-чуу бөлүштүрүүлөрү үчүн жалпы туруктуулук далили эмес.
• Жогорку түйүн упайы өз алдынча тиешелүү физикалык компонент бузулуунун себеби экенин көрсөтпөйт.
• Ретроспективдүү алдын ала белги убактысы онлайн талаада операторго берилчү ырасталган сигнал убактысы менен автоматтык түрдө бирдей эмес.
• Жалган сигналдын көрсөткүчү узак нормалдуу иштөө мезгилдеринде али кеңири сандык түрдө бааланган эмес.
• 3DV-DNMден башка эрте эскертүү ыкмаларына карата жалпы артыкчылык көрсөтүлгөн эмес.

Негизги чектөөлөр жана келечектеги текшерүү талаптары

Булак учурдагы текшерүү бир нормалдуу эталон мезгили, үч турбина жана эки реалдуу бузулуу түрү менен чектелгенин билдирет. Жүк өзгөрүүлөрү, start-stop өтүүлөрү жана башкаруу системасынын аракеттери өлчөө өзгөрмөлүүлүгүнө да, багытталган божомолдоочу көз карандылыктарга да таасир этиши мүмкүн. Ошондуктан CWI өсүшү көрсөткүч маанисине гана карап бузулуу алдындагы белги деп кабыл алынбашы; кубат, ток, айлануу ылдамдыгы жана эксплуатациялык жазуулар менен бирге бааланышы керек.

Келечектеги иштер үчүн узак нормалдуу иштөө мезгилдеринде жалган сигнал көрсөткүчтөрүн өлчөө, көбүрөөк турбина жана бузулуу түрлөрүндө текшерүү, TE жана коңшулук параметрлерине сезгичтик анализи, кубат деңгээли/жүк өзгөрүүсү/иштөө абалы боюнча катмарланган баалоо жана жогорку салым кошкон четтерди тейлөө жазуулары менен салыштыруу сунушталат.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска изилдөө: Transfer-Entropy-Based Dynamic Network Markers for Interpretable Early Warning of Wind Turbine Failures.

Авторлор: Tongding Yu, Ruiming Fang, Nan Ying жана Yihan Huang.

Жооптуу автор: Ruiming Fang.

Мекеме: College of Information Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China.

Булак түрү: Изилдөө preprintи / working-paper мүнөзүндөгү техникалык иш.

Рецензия абалы: PDF ар бир баракта иш али эксперттик рецензиядан өтпөгөнүн көрсөтөт.

Платформа: SSRN.

SSRN идентификатору: abstract=7625808.

DOI: Жүктөлгөн preprintте изилдөө үчүн текшерилүүчү DOI берилген эмес; библиографиялык боштук булактан тышкаркы божомол менен толтурулган эмес.

Маалымат булагы: EDP Open Data, Wind farm 1 - Wind turbine SCADA signals 2017. Булак изилдөө маалымат топтомуна 7-июль 2025 кирүү датасын берет.

Негизги ыкма: Жылма терезеде KSG-kNN менен шарттуу өз ара маалыматка негизделген трансфердик энтропияны баалоо; пермутация тести жана FDR; багытталган TEDN түзүү; STEC, DCVI, TEin жана TEout менен түйүн деңгээлиндеги TE-DNM упайы; түйүн упайларын CWI ичинде кошуу; нормалдуу абал маалыматынан босого калибрлөө.

Ыкма классы: Көзөмөлсүз нормалдуу абал калибрлөөсү бар, көп өзгөрмөлүү SCADA негизиндеги бузулуу алдындагы белгини аныктоо мамилеси. Изилдөө чоң белгиленген бузулуу китепканасы боюнча көзөмөлдөнгөн классификаторду үйрөтпөйт.

Каржылоо: National Natural Science Foundation of China, грант 52477048; Xiamen Key Innovation Platforms Major Science and Technology Projects, грант 3502Z20261010; Zhangzhou Municipal Science and Technology Program, Open Competition Project, грант ZZ2025JB02.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор изилдөөгө таасир этиши мүмкүн болгон белгилүү атаандаш каржылык кызыкчылыктар же жеке мамилелер жок экенин билдиришет.

Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Булак SCADA маалымат топтому EDP Open Dataда ачык деп көрсөтүлгөн. Иштетилген маалымат ички топтомдору жана анализ коду болсо жооптуу автордон негиздүү суроо-талап боюнча берилери айтылган.

Авторлордун салымы: Tongding Yu: концептуалдаштыруу, маалымат курациясы, формалдуу анализ, изилдөө, методология, программалык камсыздоо, текшерүү, визуалдаштыруу жана биринчи долбоор. Ruiming Fang: концептуалдаштыруу, каржылоону алуу, методология, долбоорду башкаруу, ресурстар, жетекчилик жана карап чыгуу/редакциялоо. Nan Ying: текшерүү. Yihan Huang: изилдөө.