Шабакаи самтдори бар асоси энтропияи интиқол (Transfer-Entropy-Based Directed Network, TEDN) модели шабакавиест, ки интиқоли самтдори иттилооти пешгӯишавандаро байни тағйирёбандаҳои SCADA-и турбинаи бодӣ дар ҳар равзанаи лағжандаи вақт тавассути энтропияи интиқол ифода мекунад. Таҳқиқот ба ҷойи интизори убури ошкори ҳад дар қиматҳои ҷудогонаи ҳарорат, қудрат ё ҷараён, бозсозии сохтори ҳамтаъсирии системаи бисёртағйирёбандаро пеш аз вайроншавӣ пайгирӣ мекунад. Тағйироти пайвандҳои самтдор байни шабакаҳои пайдарпайи TEDN; бо тағйирёбии гиреҳ, тағйирот дар ҳамсоягии дараҷаи якум ва тағйирот байни ҳамсоягиҳои дараҷаи якум/дуюм якҷо шуда, дар сатҳи гиреҳ холҳои Transfer Entropy Dynamic Network Marker (TE-DNM) ҳисоб карда мешаванд. Ҷамъи холҳои гиреҳ бошад барои турбина Comprehensive Warning Indicator (CWI), яъне Нишондиҳандаи Фарогири Огоҳиро ташкил медиҳад.
Усул дар сабтҳои 10-дақиқагии SCADA-и соли 2017, ки аз ҷониби EDP Renewables пешниҳод шудаанд, арзёбӣ гардидааст. Се турбинаи як модел истифода шуданд: T01, T06 ва T07. Барои калибркунии ҳолати муқаррарӣ 500 намунаи пайдарпайи T01 аз 8–12 январи 2017 истифода шуда, равзанаҳои 100-намунагӣ, яъне 1000-дақиқагӣ ва қадами лағжиши як намуна татбиқ гардиданд. Азбаски CWI дар ҳолати муқаррарӣ асосан дар фосилаи 0–3 мемонд, қимати 3 дар таҳқиқоти ҳолатӣ ҳамчун ҳади огоҳӣ истифода шуд. Як бор гузаштан аз ҳад кофӣ ҳисоб нашуд; агар дар ҳадди ақал дуто аз ҳар панҷ равзанаи пайдарпай CWI аз ҳад мегузашт, огоҳии барвақтӣ тавлид мешуд.
Дар вайроншавии трансформатори T01 дар ҳолати асосии бе садо аввалин равзанаи эътиборноки пешнишона 199 ва равзанаи сабтшудаи вайроншавӣ 281 муайян шуд; ин фарқ ба 82 равзана ё тақрибан 13,67 соат баробар буд. Дар 15 озмоиши такрорӣ бо иловаи садои Gaussian равзанаҳои аввалини огоҳӣ дар байни 183 ва 206 монданд ва манбаъ хабар дод, ки вақти огоҳӣ дар доираи садои санҷидашуда умуман устувор боқӣ монд. Дар вайроншавии подшипники қуттии фишанги T06, TE-DNM 17 равзана, яъне тақрибан 2,83 соат пеш аз вайроншавии сабтшуда; дар ихроҷи равғани ҷузъи гидравликии T07 бошад 141 равзана, яъне тақрибан 23,5 соат пештар огоҳии эътиборнок тавлид кард.
Дар муқоиса усули 3DV-DNM барои T06 дар равзанаи 193 ва TE-DNM дар равзанаи 189; барои T07 бошад 3DV-DNM дар равзанаи 260 ва TE-DNM дар равзанаи 241 огоҳӣ доданд. Бо вуҷуди ин, ин натиҷаҳо танҳо барои ду ҳолати воқеии вайроншавии баррасишуда ва се турбина эътибор доранд. Пайвандҳои энтропияи интиқол сабабияти физикии вайроншавиро исбот намекунанд; онҳо тағйироти омории интиқоли самтдори иттилооти пешгӯишавандаро нишон медиҳанд. Гиреҳҳои дорои холҳои баланд метавонанд ба кормандони нигоҳдорӣ далели номзадӣ диҳанд, ки кадом ченкуниҳо ва ҷузъҳо аввал санҷида шаванд, аммо барои муайян кардани механизми воқеии вайроншавӣ сабтҳои нигоҳдорӣ ва санҷиши мустақими физикӣ заруранд.
Чаро масъалаи огоҳии барвақтӣ дар турбинаҳои бодӣ бисёртағйирёбанда аст?
Турбинаҳои бодӣ системаҳои мураккабанд, ки зери борҳои тағйирёбандаи бод, шароити муҳити зист, фарсудашавии механикӣ, тағйироти бори барқӣ ва дахолатҳои системаи идоракунӣ кор мекунанд. Бадшавии марҳилаи барвақтӣ метавонад як тағйирёбандаи SCADA-ро фавран аз ҳади классикии огоҳӣ берун набарад. Ҳароратҳо, ҷараёнҳо ё суръатҳои гардиш метавонанд ҷудогона дар фосилаҳои муқаррарӣ бимонанд, дар ҳоле ки робитаҳои динамикӣ байни ин тағйирёбандаҳо ба тағйирёбӣ оғоз мекунанд.
Аз ин рӯ, равиши асосии таҳқиқот пеш аз саволи “кадом қимати сенсор ғайримуқаррарӣ аст?” саволи “оё сохтори ҳамтаъсирии байни тағйирёбандаҳои система тағйир меёбад?”-ро мегузорад. Ин равиш бо мафҳуми системаҳои динамикӣ, ки ҳамчун сустшавии критикӣ маълум аст, алоқаманд мебошад. Вақте система ба гузариши критикӣ наздик мешавад, коҳиши суръати барқароршавӣ аз таъсирҳои халалдоркунанда, устувортар шудани тағйирёбӣ ва қавитар шудан ё аз нав ташкил ёфтани сохтори ҳамтаъсирии байни тағйирёбандаҳо интизор шудан мумкин аст.
Маҳдудияти нишондиҳандаҳои анъанавии шабакаи динамикӣ
Нишондиҳандаҳои шабакаи динамикӣ метавонанд аз тағйирёбандаҳое, ки пеш аз гузариши критикӣ тағйирёбӣ ва ҳаракати ҳамзамонашон меафзояд, зершабакаи ҳассос ба гузариш ташкил кунанд. Аммо дар бисёр равишҳои анъанавии DNM канорҳои шабака ба ченакҳои симметрии робита, ба монанди коррелятсияи Pearson, такя мекунанд. Чунин шабака метавонад нишон диҳад, ки A ва B якҷо тағйир меёбанд, аммо наметавонад муайян кунад, ки оё гузаштаи A дар бораи ояндаи B иттилооти пешгӯишавандаи иловагӣ медиҳад ва самти робита кадом аст.
Навоварии асосии ин таҳқиқот истифодаи шабакаи самтдор бар асоси энтропияи интиқол ба ҷойи канори симметрии коррелятсия мебошад. Ҳамин тавр, на танҳо қувваи робита, балки самти ҷараёни иттилооте, ки ба пешгӯӣ саҳм мегузорад, низ ба модел дохил мешавад.
Шабакаи Самтдор Бар Асоси Энтропияи Интиқол (TEDN) Чист?
TEDN шабакаест, ки дар ҳар равзанаи лағжандаи SCADA тағйирёбандаҳои назоратшавандаро ҳамчун гиреҳ ва қиматҳои маънодори энтропияи интиқол байни тағйирёбандаҳоро ҳамчун канорҳои самтдор ва вазндор истифода мебарад; бо ин роҳ он на танҳо ҳамтағйирёбии системаро, балки он чизро низ ифода мекунад, ки гузаштаи кадом тағйирёбанда дар бораи ояндаи тағйирёбандаи дигар иттилооти пешгӯишавандаи иловагӣ медиҳад.
Маънои математикии энтропияи интиқол
Манбаъ энтропияи самтдори интиқолро аз тағйирёбандаи A ба B дар шакли иттилооти мутақобилаи шартӣ муайян мекунад:
\[ TE_{A\rightarrow B}^{(w)} = I\left(X_t^{(A)};X_{t+\mathrm{lag}}^{(B)}\mid X_t^{(B)}\right) \]
Дар ин ҷо \(TE_{A\rightarrow B}^{(w)}\) энтропияи самтдори интиқол аз A ба B дар равзанаи вақти \(w\) мебошад. \(X_t^{(A)}\) ҳолати ҷорӣ/гузаштаи A; \(X_t^{(B)}\) ҳолати ҷории B; ва \(X_{t+\mathrm{lag}}^{(B)}\) қимати B-ро пас аз вақти таъхир ифода мекунад. Иттилооти мутақобилаи шартӣ \(I(X;Y\mid Z)\) чен мекунад, ки вақте гузаштаи худи B маълум аст, гузаштаи A дар бораи ояндаи B чӣ қадар иттилооти иловагӣ медиҳад.
Таҳқиқот энтропияи интиқолро ба ҷойи модели хаттии параметрӣ бо баҳогузори иттилооти мутақобилаи шартии бар асоси KSG-kNN ҳисоб мекунад. Сохтори сегонае, ки барои ҳар намуна истифода мешавад, чунин аст:
\[ (x_n,y_n,z_n) = \left( X_n^{(A)}, X_{n+\mathrm{lag}}^{(B)}, X_n^{(B)} \right) \]
Масофаи ҳамсоягӣ дар фазои муштараки \((X,Y,Z)\) бо Chebyshev, яъне нормаи максималӣ ҳисоб карда мешавад:
\[ L_\infty(u_a,u_b) = \max_r |u_{a,r}-u_{b,r}| \]
Баҳогузори иттилооти мутақобилаи шартии бар асоси KSG, ки дар манбаъ дода шудааст, сохтори зеринро дорад:
\[ I_{KSG}(X;Y\mid Z) = \psi(k)+\psi(N) - \frac{1}{N} \sum_{a=1}^{N} \left[ \psi(n_{xz}(a)+1) + \psi(n_{yz}(a)+1) - \psi(n_z(a)+1) \right] \]
\(\psi\) функсияи digamma; \(k\) дараҷаи наздиктарин ҳамсоя; \(N\) шумораи намунаҳои қобили истифода дар дохили равзана; ва \(n_{xz}\), \(n_{yz}\) ва \(n_z\) шумораи намунаҳоро дар зерфазоҳои мувофиқ дар дохили радиуси муайяншудаи ҳамсоягӣ нишон медиҳанд.
Маълумоти SCADA чӣ гуна ба равзанаҳои вақт ҷудо мешавад?
Маълумоти пешакӣ коркардшуда ба равзанаҳои дарозии \(l\) ва қадами лағжиши \(h\) ҷудо мешавад. Барои маҷмӯи \(T\) нуқтаи вақт шумораи равзанаҳо дар манбаъ:
\[ K=\left(\frac{T-l}{h}\right)+1 \]
дода шудааст. Ҳар равзана аз \(l\) нуқтаи вақт ва \(m\) тағйирёбандаи назоратӣ иборат буда, матритсаи маълумоти андозаи \(l\times m\)-ро дар бар мегирад. Пас аз ҳисоб кардани энтропияи интиқол барои ҳар ҷуфти тағйирёбанда, матритсаи ҳамсоягии самтдори махсуси равзана ҳосил мешавад:
\[ TE^{(w)} = \left[ TE_{A\rightarrow B}^{(w)} \right]_{m\times m} \]
Оё ҳар энтропияи интиқоли ҳисобшуда ҳамчун канор нигоҳ дошта мешавад?
Не. Таҳқиқот аввал маънодории пайвандҳои энтропияи интиқолро дар ҳар равзана бо санҷиши пермутатсия арзёбӣ мекунад. Барои ҳар ҷуфт 50 пермутатсия истифода шудааст, барои масъалаи санҷишҳои сершумор назорати False Discovery Rate (FDR) татбиқ гардида ва ҳади FDR ба 0,2 муқаррар шудааст.
| Параметр | Қимат |
|---|---|
| Шумораи пермутатсияҳо | 50 |
| Ҳади FDR | 0,2 |
| Ҳиссаи миёнаи канорҳои самтдори маънодор | %30,914 |
| Шумораи миёнаи канорҳои маънодор | 170,65 |
| Пайвандҳои воридшуда ба ҳисобҳои ҳамсоягӣ | %5 қисми дорои баландтарин қимати TE |
Интихоби %5 канори пурқувват параметри кориест, ки барои мутамарказ кардани ҳамсоягиҳои гиреҳ ба вобастагиҳои қавитарини пешгӯишаванда истифода шудааст. Манбаъ ошкоро қайд мекунад, ки нишон дода нашудааст, ки ин интихоб барои дигар турбинаҳо ё маҷмӯаҳои маълумот оптималӣ бошад.
TE-DNM ва CWI Огоҳии Барвақтиро Чӣ Гуна Тавлид Мекунанд?
TE-DNM тағйироти пайвандҳои самтдорро дар равзанаҳои пайдарпайи TEDN бо тағйирёбии гиреҳ ва ҳамсоягӣ якҷо мекунад; вақте холҳои TE-DNM-и ҳар гиреҳ ҷамъ карда мешаванд, CWI ҳосил мешавад ва вақте CWI аз ҳади аз ҳолати муқаррарӣ омӯхташуда пайдарпай мегузарад, огоҳии пешнишонаи вайроншавӣ тавлид мегардад.
1. Тағйироти пайванди самтдор дар равзанаҳои пайдарпай: STEC
Тағйири энтропияи интиқол байни A ва B дар ду равзанаи пайдарпай дар манбаъ бо сохтори Specific Transfer Entropy Coefficient (STEC) ифода мешавад:
\[ STE_{A\rightarrow B}^{(w)} = TE_{A\rightarrow B}^{(w)} - TE_{A\rightarrow B}^{(w-1)} \]
Аломат нишон медиҳад, ки пайванди самтдор қавитар ё заифтар шудааст; қимати мутлақ бошад андозаи тағйиротро нишон медиҳад:
\[ \left|STE_{A\rightarrow B}^{(w)}\right| = \left| TE_{A\rightarrow B}^{(w)} - TE_{A\rightarrow B}^{(w-1)} \right| \]
2. Тағйирёбии гиреҳ ва ҳамсоягии дараҷаи якум: DCVI
Dynamic Directed Volatility Intensity (DCVI) тағйирпазирии нисбии гиреҳи марказӣ ва ҳамсояҳои дараҷаи якуми мустақиман бо он ба таври самтдор пайвастро якҷо мекунад. Манбаъ коэффисиентҳоеро истифода мебарад, ки дар онҳо инҳирофи стандартӣ нисбат ба миёна нормал шудааст, инчунин барои пешгирии тақсим ба сифр доимии хурди мусбати \(\varepsilon\)-ро истифода мебарад:
\[ DCVI_A(w) = \frac{ \frac{\sigma_A(w)}{\mu_A(w)+\varepsilon} + \sum_{B\in N_1(A,w)} \frac{\sigma_B(w)}{\mu_B(w)+\varepsilon} }{ n_1(A,w)+1 } \]
\(N_1(A,w)\) маҷмӯи ҳамсоягии самтдори дараҷаи якуми гиреҳи A; \(n_1(A,w)\) шумораи гиреҳҳо дар ин маҷмӯъ мебошад. Вазифаи DCVI додани ҳассосият на танҳо ба тағйироти канори шабака, балки ба тағйирёбии ченкунии гиреҳ ва ҳамсояҳои наздики он мебошад.
3. Тағйирот дар дохили ҳамсоягии дараҷаи якум: TEin
Миёнаи тағйироти энтропияи самтдори интиқол бо ҳамсояҳои дараҷаи якум:
\[ TEin_A(w) = \frac{1}{n_1(A,w)} \sum_{B\in N_1(A,w)} \left| TE_{A\rightarrow B}^{(w)} - TE_{A\rightarrow B}^{(w-1)} \right| \]
ҳисоб карда мешавад. TEin бозсозии пайвандҳоро дар муҳити бевоситаи самтдори гиреҳи A чен мекунад.
4. Тағйирот байни ҳамсоягиҳои дараҷаи якум ва дуюм: TEout
Ҳамсоягии дараҷаи дуюм \(N_2(A,w)\) гиреҳҳоеро дар бар мегирад, ки ба ҳамсояҳои дараҷаи якуми A пайвастанд, аммо дар дохили худи A ва маҷмӯи ҳамсоягии дараҷаи якум нестанд. Манбаъ тағйироти миёнаи пайванди самтдор байни ҳамсоягиҳои дараҷаи якум ва дуюмро:
\[ TEout_A(w) = \frac{1}{n_1(A,w)n_2(A,w)} \sum_{B\in N_1(A,w)} \sum_{C\in N_2(A,w)} \left| TE_{B\rightarrow C}^{(w)} - TE_{B\rightarrow C}^{(w-1)} \right| \]
таъриф мекунад.
Агар барои як гиреҳ ҳамсоягии дараҷаи якум ё дуюм холӣ бошад, холи мувофиқи TE-DNM-и гиреҳ сифр қабул мешавад. Манбаъ махсус таъкид мекунад, ки ин сифр маънои “кори муқаррарӣ”-ро надорад; балки набудани иттилооти кофии шабака-ҳамсоягиро ифода мекунад. Агар дар як равзана ягон гиреҳи эътиборнок набошад, CWI-и эътиборнок ҳисоб карда намешавад ва равзана аз арзёбии огоҳӣ хориҷ карда мешавад.
5. Холи TE-DNM дар сатҳи гиреҳ
Се сохтор чунин якҷо карда мешаванд:
\[ TE\text{-}DNM_A(w) = \frac{ DCVI_A(w)\times TEin_A(w) }{ TEout_A(w)+\varepsilon } \]
Ин таносуб тағйирёбии гиреҳи марказӣ ва ҳамсояҳои наздикро бо бозсозии пайвандҳои самтдор дар муҳити наздик якҷо боло мебарад, ҳамзамон нисбат ба муҳити васеътари ҳамсоягӣ муқоиса/нормалсозӣ медиҳад.
6. Нишондиҳандаи Фарогири Огоҳӣ дар сатҳи система
Ҳамаи холҳои гиреҳҳои эътиборноки турбина ҷамъ карда шуда:
\[ CWI(w) = \sum_{A=1}^{m} TE\text{-}DNM_A(w) \]
ҳосил мешавад. CWI на амплитудаи як тағйирёбанда, балки аломати умумии бозсозии самтдори динамикиро, ки дар минтақаҳои гуногуни шабака ба вуҷуд меояд, ифода мекунад.
Намоиши равандии усул дар Verianla
| Марҳила | Амалиёт | Иттилооти ҳосилшуда |
|---|---|---|
| 1 | Маълумоти SCADA-ро интихоб кунед, намунаҳои хато/берунаро коркард намуда, тағйирёбандаҳоро стандартӣ кунед. | Қатори вақти бисёртағйирёбандаи қобили муқоиса. |
| 2 | Равзанаҳои лағжандаи 100-намунагӣ созед. | Блокҳои маҳаллии маълумот, ки ҳар кадом 1000 дақиқаро фаро мегиранд. |
| 3 | Барои ҳар ҷуфти тағйирёбанда энтропияи самтдори интиқолро ҳисоб кунед. | Матритсаи TE-и махсуси равзана. |
| 4 | Санҷиши пермутатсия ва назорати FDR-ро татбиқ кунед; аз пайвандҳои пурқувват ҳамсоягиҳои TEDN созед. | Шабакаи маънодори интиқоли самтдори иттилоот. |
| 5 | Байни равзанаҳои пайдарпай STEC, DCVI, TEin ва TEout-ро ҳисоб кунед. | Тағйирёбии маҳаллӣ ва бозсозии пайвандҳои самтдор. |
| 6 | Барои ҳар гиреҳи эътиборнок холи TE-DNM ҳисоб кунед. | Саҳми тафсиршаванда дар сатҳи тағйирёбанда. |
| 7 | Холҳои гиреҳро ҷамъ карда, CWI созед. | Нишондиҳандаи огоҳӣ дар сатҳи турбина. |
| 8 | Санҷед, ки оё CWI аз ҳади калибршудаи ҳолати муқаррарӣ пайдарпай мегузарад. | Кори муқаррарӣ ё огоҳии пешнишонаи вайроншавӣ. |
Оё Энтропияи Интиқол Сабабияти Физикиро Исбот Мекунад?
Не. Дар ин таҳқиқот энтропияи интиқол калимаи “сабабӣ”-ро ба маънои иттилоотӣ-назариявии вобастагии самтдори пешгӯишаванда истифода мебарад; пайванди баланд ё тағйирёбандаи TE аз A ба B исбот намекунад, ки A аз ҷиҳати физикӣ сабаби вайроншавӣ дар B аст ва барои тасдиқи механизми воқеии вайроншавӣ сабтҳои корӣ, натиҷаҳои нигоҳдорӣ ва санҷиши мустақими ҷузъ заруранд.
Ин тафовут барои даъвои тафсиршавандагии усул муҳим аст. Холи баланди гиреҳ ба кормандони нигоҳдорӣ нишон медиҳад, ки кадом тағйирёбандаҳо ё робитаҳо ба таври назаррас аз нав ташкил шудаанд. Аммо наметавон хулоса кард, ки “тағйирёбандаи дорои холи баланд сабаби вайроншавӣ аст”.
Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот
Маҷмӯаи маълумоти SCADA-и истифодашуда
Таҳқиқот маҷмӯаи маълумоти Wind farm 1 - Wind turbine SCADA signals 2017-ро, ки аз ҷониби EDP Renewables нашр шудааст, истифода мебарад. Ченкуниҳо бо фосилаҳои 10-дақиқа сабт шудаанд. Турбинаҳои як модели T01, T06 ва T07 интихоб гардиданд. Қудрати номиналии турбинаҳо 2 MW, суръати номиналии бод 12 m/s, суръати ба кор даромадан 4 m/s ва суръати аз кор баромадан 25 m/s гузориш шудааст.
24 тағйирёбандаи пайвастаи SCADA-и назоратшуда
| No. | Тағйирёбандаи SCADA | No. | Тағйирёбандаи SCADA |
|---|---|---|---|
| 1 | Суръати миёнаи гардиш | 13 | Ҳарорати миёнаи slip-ring-и генератор |
| 2 | Ҳарорати миёнаи подшипник | 14 | Ҳарорати миёнаи конвертери тарафи ротор 1 |
| 3 | Ҳарорати миёнаи фаза-1-и генератор | 15 | Ҳарорати миёнаи конвертери тарафи ротор 2 |
| 4 | Ҳарорати миёнаи фаза-2-и генератор | 16 | Ҳарорати миёнаи конвертери тарафи ротор 3 |
| 5 | Ҳарорати миёнаи фаза-3-и генератор | 17 | Қудрати фаъоли миёна дар нуқтаи пайвастшавӣ ба шабака |
| 6 | Ҳарорати миёнаи равғани гидравликӣ | 18 | Шиддати миёнаи фаза-1 дар нуқтаи пайвастшавӣ ба шабака |
| 7 | Ҳарорати миёнаи равғани қуттии фишанг | 19 | Шиддати миёнаи фаза-2 дар нуқтаи пайвастшавӣ ба шабака |
| 8 | Ҳарорати миёнаи подшипники қуттии фишанг | 20 | Шиддати миёнаи фаза-3 дар нуқтаи пайвастшавӣ ба шабака |
| 9 | Ҳарорати миёнаи фаза-A-и трансформатори баландшиддат | 21 | Ҷараёни миёнаи фаза-1 дар нуқтаи пайвастшавӣ ба шабака |
| 10 | Ҳарорати миёнаи фаза-B-и трансформатори баландшиддат | 22 | Ҷараёни миёнаи фаза-2 дар нуқтаи пайвастшавӣ ба шабака |
| 11 | Ҳарорати миёнаи фаза-C-и трансформатори баландшиддат | 23 | Ҷараёни миёнаи фаза-3 дар нуқтаи пайвастшавӣ ба шабака |
| 12 | Ҳарорати воқеии конвертер | 24 | Ҳарорати миёнаи подшипники генератор |
Пешкоркарди маълумот ва калибркунии ҳолати муқаррарӣ
Дар марҳилаи пешкоркард усули Local Outlier Factor (LOF) барои муайян кардани намунаҳои беруна истифода шуда, қиматҳои хориҷшуда бо KNN imputation пур карда шуданд ва баъдан тағйирёбандаҳо стандартӣ гардиданд.
Барои истиноди ҳолати муқаррарӣ 500 намунаи пайдарпайи турбинаи T01 аз 8–12 январи 2017 интихоб шуданд. Азбаски ҳар равзана 100 намуна дорад, як равзана 1000 дақиқа вақти кориро фаро мегирад. Қадами лағжиш \(h=1\) аст. Аз 500 намуна 401 равзанаи шабака сохта шуд; азбаски ҳисоб кардани тағйироти шабака ҷуфтҳои пайдарпайи шабакаро талаб мекунад, 400 қимати эътиборноки CWI ба даст омад.
| Параметр | Қимат |
|---|---|
| Фосилаи намунагирии SCADA | 10 дақиқа |
| Шумораи намунаҳои ҳолати муқаррарӣ | 500 |
| Дарозии равзана \(l\) | 100 намуна |
| Давомнокии физикии як равзана | 1000 дақиқа |
| Қадами лағжиш \(h\) | 1 намуна |
| Равзанаҳои шабакаи сохташуда | 401 |
| Муқоисаи пайдарпайи эътиборноки CWI | 400 |
| Фосилаи истинодии муқаррарӣ | Асосан [0, 3] |
| Ҳади огоҳӣ | CWI = 3 |
| Қоидаи тасдиқ | Дар ҳадди ақал 2-то аз ҳар 5 равзанаи пайдарпай гузаштан аз ҳад |
Манбаъ махсус таъкид мекунад, ки ҳади 3 набояд мустақиман ба моделҳои дигари турбина ё муҳитҳои дигари корӣ интиқол дода шавад. Барои турбина ё шароити нави корӣ ҳад бояд аз тақсимоти ҳолати муқаррарии худи он воҳид бо усулҳое ба монанди процентил ё меъёри қимати экстремалӣ аз нав калибр карда шавад. Қоидаи ду гузариш дар панҷ равзана низ ҳамчун оптимуми универсалӣ санҷида нашудааст.
Вайроншавии трансформатори T01: натиҷаи асосии огоҳии барвақтӣ
Вайроншавии трансформатори T01 11 августи 2017 соати 13:10 сабт шудааст. Дар пайдарпаии таҳлилшуда вайроншавии сабтшуда ба равзанаи 281 рост меояд. Дар ҳолати бе иловаи садо аввалин гузариши эътиборноки ҳади пешнишона дар равзанаи 199 муайян шудааст. Ҳамин тавр байни вайроншавӣ ва аввалин пешнишона 82 равзана, бо фосилаи намунагирии 10-дақиқа тақрибан 13,67 соат вуҷуд дошт.
Манбаъ дар ин ҷо фарқи муҳими вақтро баён мекунад: вақти ретроспективии “оғози пешнишона” аввалин гузариши ҳад аст, ки баъдан ба иҷро шудани меъёри тасдиқи ду-of-панҷ оварда мерасонад. Аз ин рӯ, қимати 13,67 соат набояд ҳамчун вақти огоҳии онлайн, ки аз лаҳзаи қатъии расонидани сигнал ба оператор дар системаи вақти воқеӣ ҳисоб мешавад, тафсир гардад.
Устуворӣ нисбат ба садои Gaussian
Дар ҳолати T01 ба маълумоти аслӣ се сатҳи садои Gaussian — \(\sigma=0{,}1\), \(0{,}2\) ва \(0{,}5\) — илова шуда, барои ҳар сатҳ панҷ татбиқи мустақил сохта шудааст. Ҳамин тавр, ғайр аз ҳолати асосии бе садо, дар маҷмӯъ 15 такрори садодор арзёбӣ гардид.
| Сатҳи садо \(\sigma\) | Такрор | Миёнаи равзанаи аввалини огоҳӣ | Инҳирофи стандартӣ | Равзанаҳо дар панҷ татбиқ |
|---|---|---|---|---|
| 0,1 | 5 | 197,4 | 5,083 | 191, 199, 197, 194, 206 |
| 0,2 | 5 | 197,6 | 0,800 | 197, 199, 197, 197, 198 |
| 0,5 | 5 | 193,0 | 5,060 | 196, 196, 183, 196, 194 |
Дар понздаҳ иҷрои садодор равзанаи аввалини огоҳӣ дар фосилаи 183–206 монд. Манбаъ ин натиҷаро ҳамчун пуштибонӣ аз устувории нишондиҳанда барои доираи садои санҷидашуда ва ҳолати трансформатори T01 тафсир мекунад; онро ҳамчун далели умумии устуворӣ барои ҳама навъҳои садои сенсор, ҳама шароити корӣ ё ҳама турбинаҳо пешниҳод намекунад.
Аблятсия: ҳангоми хориҷ кардани DCVI чӣ мешавад?
Барои санҷидани саҳми DCVI, TEDN нигоҳ дошта шуд, аммо бо собит кардани \(DCVI=1\) модулятсияи тағйирёбии гиреҳ хориҷ гардид. Дар миқёси ҳолати муқаррарии худи ин конфигуратсия қиматҳои CWI дар фосилаи [0,1] монданд ва қимати 1 ҳамчун ҳади огоҳӣ истифода шуд. Дар маълумоти вайроншавии T01, CWI дар ягон равзанаи эътиборнок ба ин ҳад нарасид ва огоҳии тасдиқшуда тавлид нашуд.
Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар ҳолати T01-и баррасишуда ҷузъи DCVI, ки тағйирёбии гиреҳ ва ҳамсоягии дараҷаи якумро дар бар мегирад, ба ҳассосияти огоҳии барвақтӣ саҳм мегузорад. Аммо азбаски миқёсҳои CWI ва ҳадҳои огоҳӣ дар аблятсияҳои гуногун яксон нестанд, танҳо аз рӯи андозаҳои мутлақи CWI бартарии усулро хулоса кардан мумкин нест.
Аблятсия: агар ба ҷойи энтропияи интиқол коррелятсияи Pearson истифода шавад, чӣ мешавад?
Дар аблятсияи дуюм канорҳои энтропияи самтдори интиқол бо Pearson correlation coefficient (PCC) иваз шуданд. Барои ҳолати муқаррарии бар асоси PCC фосилаи истинодии [0, 0,25] ва қимати ҳадди 0,25 муайян гардид.
Дар маълумоти вайроншавии T01 CWI-и бар асоси PCC танҳо дар равзанаҳои 49 ва 56 ба ҳад расид. Азбаски ин ду равзана дар як фосилаи панҷравзанагӣ набуданд, қоидаи огоҳии ду-of-панҷ иҷро нашуд ва огоҳии тасдиқшуда ба вуҷуд наомад. Манбаъ дар ин ҳолат шабакаи самтдори бар асоси TE-ро нисбат ба шабакаи робитаи бесамти бар асоси PCC ба нишонаҳои ибтидоии вайроншавӣ ҳассостар арзёбӣ мекунад.
Вайроншавии подшипники қуттии фишанги T06
Барои T06 ҳодисаи сабтшуда вайроншавии подшипники қуттии фишанг мебошад, ки 17 октябри 2017 соати 08:38 рух додааст. Гузаришҳои CWI аз ҳад дар равзанаҳои 189, 190, 198 ва 201 ба амал омаданд. Вайроншавии сабтшуда дар равзанаи 206 мебошад.
| Меъёр | TE-DNM | 3DV-DNM | Сабти амалиётӣ |
|---|---|---|---|
| Аввалин огоҳии эътиборнок / вайроншавӣ | Равзанаи 189 | Равзанаи 193 | Равзанаи 206 |
| Вақти пешнишонаи TE-DNM | 17 равзана ≈ 2,83 соат | Манбаъ барои TE-DNM ҳисоб кардааст. | |
Дар муқоиса 3DV-DNM низ пеш аз вайроншавӣ огоҳӣ додааст, аммо аввалин огоҳии эътиборноки TE-DNM чор равзана барвақттар рух дод. Бо вуҷуди ин, қоидаҳои тасдиқи огоҳии ду усул яксон нестанд: TE-DNM ду-of-панҷ, 3DV-DNM бошад мувофиқи таърифи усули худ се-of-панҷ гузариши ҳадро истифода мебарад. Аз ин рӯ, натиҷа “бартарии мутлақ дар ҳама шароит” нест, балки муқоиса зери қоидаҳои махсуси усул дар манбаъ мебошад.
Ихроҷи равғани ҷузъи гидравликии T07
Дар T07 17 июни 2017 соати 11:35 ихроҷи равған дар ҷузъи гидравликӣ сабт шудааст. Аввалин гузариши CWI аз ҳад дар равзанаи 241 ба вуҷуд омад; дар равзанаҳои 245, 259, 260, 307, 308, 329 ва 330 низ гузаришҳои иловагӣ мушоҳида шуданд. Вайроншавии сабтшуда дар равзанаи 382 аст.
| Меъёр | TE-DNM | 3DV-DNM | Сабти амалиётӣ |
|---|---|---|---|
| Аввалин огоҳии эътиборнок / вайроншавӣ | Равзанаи 241 | Равзанаи 260 | Равзанаи 382 |
| Вақти пешнишонаи TE-DNM | 141 равзана ≈ 23,5 соат | Манбаъ барои TE-DNM ҳисоб кардааст. | |
Дар ҳар ду ҳолати воқеии вайроншавӣ TE-DNM аввалин огоҳиро нисбат ба 3DV-DNM-и истифодашуда дар манбаъ барвақттар тавлид кард. Аммо муқоиса танҳо бо як усули benchmark ва ду навъи воқеии вайроншавӣ маҳдуд аст.
Се ҳолати асосӣ дар як ҷадвал
| Турбина | Ҳодиса | Аввалин равзанаи огоҳии TE-DNM | Равзанаи сабтшудаи вайроншавӣ | Фарқи пешнишона |
|---|---|---|---|---|
| T01 | Вайроншавии трансформатор | 199 | 281 | 82 равзана ≈ 13,67 соат |
| T06 | Вайроншавии подшипники қуттии фишанг | 189 | 206 | 17 равзана ≈ 2,83 соат |
| T07 | Ихроҷи равғани ҷузъи гидравликӣ | 241 | 382 | 141 равзана ≈ 23,5 соат |
Ҳади муҳими тафсир: Ин вақтҳои барои T01, T06 ва T07 додашуда аз таҳлилҳои ретроспективии ҳолатӣ ба даст омадаанд. Манбаъ махсусан барои T01 қайд мекунад, ки вақти барвақти “оғози пешнишона” метавонад аз лаҳзае, ки системаи онлайн меъёри огоҳиро воқеан пурра мекунад, барвақттар бошад. Аз ин рӯ, ин қиматҳо набояд ҳамчун вақтҳои кафолатноки вокуниши амалиётӣ дар системаи воқеии саҳроӣ истифода шаванд.
Холҳои гиреҳ чӣ гуна усулро тафсиршаванда мекунанд?
CWI дар сатҳи система танҳо маълумоти “огоҳӣ ҳаст/нест”-ро тавлид намекунад. Холҳои гиреҳии TE-DNM инчунин нишон медиҳанд, ки кадом тағйирёбандаҳои SCADA ба бозсозии шабака бештар саҳм гузоштаанд. Манбаъ ин раддабандиро ҳамчун далели номзадӣ барои авлавият додан ба санҷиши нигоҳдорӣ арзёбӣ мекунад.
| Ҳолат | Тағйирёбандаҳои барҷаста | Тафсири додашуда дар манбаъ |
|---|---|---|
| T01 трансформатор | 9 баландтарин; инчунин 5, 6, 12, 14 ва 15 | Ҳарорати трансформатор бояд бевосита бо ҳолати гармии ҷузъ; ҳароратҳои генератор, ҷараён/конвертер ва ёрирасон бошанд бо тағйироти бор ва ҳолати корӣ якҷо арзёбӣ шаванд. |
| T06 қуттии фишанг | 21, 22 ва 17 намоён; инчунин 2, 14 ва 6 | Гиреҳҳои ҷараён ва қудрати фаъол метавонанд ба тағйироти бори системаи гардонанда вобаста бошанд; ченкуниҳои подшипник ва ҳарорат далели дастгиркунанда мебошанд. |
| T07 ихроҷи равғани гидравликӣ | 22 баландтарин; 7 ва 14 низ баланд | Бори барқӣ, кори қуттии фишанг ва тағйироти ҳарорат метавонанд тағйироти ҳолати пешнишонаро нишон диҳанд; аммо маҳалли ихроҷи равғанро мустақим муайян намекунанд. |
Барои T07 манбаъ махсус қайд мекунад, ки ченкуниҳо ба монанди фишор, сатҳи равған ё ҷараёни мустақими ихроҷ барои тафсири гидравликии вайроншавӣ далели мустақимтар медиҳанд. Азбаски дар маҷмӯаи кушодаи SCADA-и истифодашуда гузоришҳои муфассали нигоҳдорӣ ва натиҷаҳои санҷиши ҷузъҳо мавҷуд нестанд, аз холҳои гиреҳ роҳи физикии паҳншавии вайроншавӣ бароварда нашудааст.
Равиши муҳандисии пешниҳодшуда пас аз огоҳӣ
Таҳқиқот иддао намекунад, ки афзоиши CWI бояд ба таври худкор ба фармони “қисмро иваз кунед” табдил ёбад. Равиши пешниҳодшуда дар манбаъ марҳилавӣ аст:
- Аввал эътиборнокии сенсор ва сифати маълумот санҷида мешавад.
- Гиреҳҳои дорои холҳои баландтарин ва пайвандҳои самтдор баррасӣ мешаванд.
- Намунаи ҷорӣ бо давраи қаблии кори муқаррарӣ муқоиса мешавад.
- Қудрат, ҷараён, суръати гардиш ва сабтҳои ҳарорати марбут якҷо арзёбӣ мешаванд.
- Агар аломат устувор бошад, санҷиши ҳадафманди физикии ҷузъҳои марбут ба нақша гирифта мешавад.
- Қарори нигоҳдорӣ, коҳиши бор ё derating дар якҷоягӣ бо далелҳои мавҷудаи амалиётӣ қабул мешавад.
- Шумораи огоҳиҳои бардурӯғ ва натиҷаҳои санҷишҳои минбаъдаи физикӣ сабт шуда, арзиши воқеии муҳандисии усул пайгирӣ мешавад.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад
- Энтропияи самтдори интиқол тавонист дар маълумоти SCADA-и санҷидашуда барои ифодаи бозсозии робитаҳои бисёртағйирёбанда пеш аз вайроншавӣ истифода шавад.
- Дар давраи истинодии муқаррарии T01, CWI асосан дар фосилаи [0,3] монд.
- Дар ҳолати трансформатори T01, зери сатҳҳои санҷидашудаи садои Gaussian равзанаи аввалини огоҳӣ умуман устувор монд.
- Дар аблятсияе, ки DCVI хориҷ шуд, барои T01 огоҳии тасдиқшуда тавлид нашуд.
- Дар аблятсияи шабакаи бесамти бар асоси PCC меъёри огоҳии ду-of-панҷ барои T01 иҷро нашуд.
- Дар ҳолатҳои воқеии вайроншавии T06 ва T07, TE-DNM мутаносибан тақрибан 2,83 ва 23,5 соат пеш аз ҳодисаҳои сабтшуда пешнишона тавлид кард.
- Дар T06 ва T07, TE-DNM аввалин огоҳиро нисбат ба benchmark-и 3DV-DNM, ки дар манбаъ истифода шудааст, барвақттар дод.
- Холҳои гиреҳ нишон медиҳанд, ки кадом ченкуниҳо ба огоҳӣ бештар саҳм гузоштаанд ва метавонанд далели номзадӣ барои роҳнамоии санҷиши нигоҳдорӣ диҳанд.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад
- Пайвандҳои TE сабабияти физикӣ ё роҳи паҳншавии вайроншавиро исбот намекунанд.
- Нишон дода нашудааст, ки ҳади CWI=3-ро мустақиман ба ҳамаи турбинаҳои бодӣ татбиқ кардан мумкин аст.
- Нишон дода нашудааст, ки равзанаи 100-намунагӣ, интихоби %5 пайванд, FDR=0,2 ё қоидаи тасдиқи ду-of-панҷ барои ҳамаи маҷмӯаҳои маълумот оптималӣ мебошанд.
- Аз рӯи се турбина ва ду навъи воқеии вайроншавӣ наметавон хулоса кард, ки ҳамаи навъҳои вайроншавӣ фаро гирифта шудаанд.
- Сатҳҳои санҷидашудаи садои Gaussian далели умумии устуворӣ барои ҳамаи хатогиҳои сенсор ё тақсимоти садо нестанд.
- Холи баланди гиреҳ танҳо ба худӣ худ нишон намедиҳад, ки ҷузъи физикии дахлдор сабаби вайроншавӣ аст.
- Вақти ретроспективии пешнишона ба таври худкор бо вақти огоҳии тасдиқшудае, ки дар саҳрои онлайн ба оператор дода мешавад, яксон нест.
- Меъёри огоҳиҳои бардурӯғ дар давраҳои дарози кори муқаррарӣ ҳанӯз ба таври фарогир миқдоран арзёбӣ нашудааст.
- Бартарии умумӣ нисбат ба усулҳои дигари огоҳии барвақтӣ ғайр аз 3DV-DNM нишон дода нашудааст.
Маҳдудиятҳои асосӣ ва талаботи тасдиқи оянда
Манбаъ хабар медиҳад, ки тасдиқи мавҷуда бо як давраи истинодии муқаррарӣ, се турбина ва ду навъи воқеии вайроншавӣ маҳдуд аст. Тағйироти бор, гузаришҳои start-stop ва амалҳои системаи идоракунӣ метавонанд ҳам ба тағйирпазирии ченкунӣ ва ҳам ба вобастагиҳои самтдори пешгӯишаванда таъсир расонанд. Аз ин рӯ, афзоиши CWI набояд танҳо аз рӯи қимати нишондиҳанда ҳамчун пешнишонаи вайроншавӣ қабул шавад; он бояд якҷо бо қудрат, ҷараён, суръати гардиш ва сабтҳои амалиётӣ арзёбӣ гардад.
Барои корҳои оянда чен кардани сатҳи огоҳиҳои бардурӯғ дар давраҳои дарози кори муқаррарӣ, тасдиқ дар шумораи бештари турбинаҳо ва навъҳои вайроншавӣ, таҳлили ҳассосият ба параметрҳои TE ва ҳамсоягӣ, арзёбии қабатӣ вобаста ба сатҳи қудрат/тағйироти бор/ҳолати корӣ ва муқоисаи канорҳои саҳмгузори баланд бо сабтҳои нигоҳдорӣ пешниҳод мешавад.
Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул
Таҳқиқоти аслӣ: Transfer-Entropy-Based Dynamic Network Markers for Interpretable Early Warning of Wind Turbine Failures.
Муаллифон: Tongding Yu, Ruiming Fang, Nan Ying ва Yihan Huang.
Муаллифи масъул: Ruiming Fang.
Муассиса: College of Information Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China.
Навъи манбаъ: Preprint-и таҳқиқотӣ / кори техникии дорои хусусияти working-paper.
Вазъи баррасии ҳамтоён: PDF дар ҳар саҳифа нишон медиҳад, ки кор ҳанӯз аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.
Платформа: SSRN.
Шиносаи SSRN: abstract=7625808.
DOI: Дар preprint-и боршуда барои таҳқиқот DOI-и санҷишшаванда дода нашудааст; холигии библиографӣ бо тахмини берун аз манбаъ пур карда нашудааст.
Манбаи маълумот: EDP Open Data, Wind farm 1 - Wind turbine SCADA signals 2017. Манбаъ барои дастрасӣ ба маҷмӯаи маълумот санаи 7 июли 2025-ро медиҳад.
Усули асосӣ: Баҳогузории энтропияи интиқол бар асоси иттилооти мутақобилаи шартӣ бо KSG-kNN дар дохили равзанаи лағжанда; санҷиши пермутатсия ва FDR; сохтани TEDN-и самтдор; холи TE-DNM дар сатҳи гиреҳ бо STEC, DCVI, TEin ва TEout; ҷамъ кардани холҳои гиреҳ дар CWI; калибркунии ҳад аз маълумоти ҳолати муқаррарӣ.
Синфи усул: Равиши ошкоркунии пешнишонаи вайроншавӣ бар асоси SCADA-и бисёртағйирёбанда бо калибркунии назоратнашавандаи ҳолати муқаррарӣ. Таҳқиқот классификатори назоратшавандаро бар асоси китобхонаи калони вайроншавиҳои нишондор омӯзиш намедиҳад.
Маблағгузорӣ: 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.
Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор мекунанд, ки манфиатҳои молиявии рақобаткунанда ё муносибатҳои шахсии маълум, ки метавонанд ба таҳқиқот таъсир расонанд, вуҷуд надоранд.
Дастрасии маълумот: Маҷмӯаи маълумоти SCADA-и манбаъ дар EDP Open Data ҳамчун кушода нишон дода шудааст. Гузориш шудааст, ки зергурӯҳҳои маълумоти коркардшуда ва коди таҳлилро аз муаллифи масъул бо дархости асоснок гирифтан мумкин аст.
Саҳми муаллифон: Tongding Yu: консептуализатсия, куратсияи маълумот, таҳлили расмӣ, таҳқиқот, методология, нармафзор, тасдиқ, визуализатсия ва тарҳи аввал. Ruiming Fang: консептуализатсия, ҷалби маблағгузорӣ, методология, идоракунии лоиҳа, захираҳо, роҳбарӣ ва баррасӣ/таҳрир. Nan Ying: тасдиқ. Yihan Huang: таҳқиқот.
Шарҳ гузоред
Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд