JP2023173706A - State quantity prediction device, state quantity prediction method, state quantity prediction system, and control method of the state quantity prediction system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、状態量予測装置、状態量予測方法、状態量予測システム、及び状態量予測システムの制御方法に関する。 The present disclosure relates to a state quantity prediction device, a state quantity prediction method, a state quantity prediction system, and a control method of a state quantity prediction system.
プラントのような機器では、監視、制御又は異常判定などを目的として、数値モデルを用いた演算によって状態量を予測することがある。この種の数値モデルには、例えば、物理的な知見から導出した静的な平衡式や状態方程式等に基づく物理モデルや、ニューラルネットワークや重回帰分析等を利用した機械学習モデルのような統計モデルがある。 BACKGROUND ART In equipment such as plants, state quantities may be predicted by calculations using numerical models for purposes such as monitoring, control, or abnormality determination. This type of numerical model includes, for example, a physical model based on a static equilibrium equation or state equation derived from physical knowledge, or a statistical model such as a machine learning model using neural networks or multiple regression analysis. There is.
数値モデルとして物理モデルを用いる場合、物理モデルは真の予測式が線形であると仮定して線形化等の近似を行う、或いは、例えば静定時などの運転条件を仮定してモデル化するものもあるが、このような物理モデルでは、仮定された前提条件が満たされない場合に予測誤差が大きくなってしまうおそれがある。また機械学習モデルのような統計モデルでは、モデルを構築する際に用いられる学習データの外挿領域において予測誤差が大きくなるおそれがある。そこで特許文献1では、物理モデルで導出した状態量と実測量との偏差を機械学習で学習することにより、物理モデルで予測した状態量の誤差を機械学習モデルで補正する予測手法が提案されている。この手法は、いわば物理モデルと機械学習モデルとを組合せた予測手法であるが、機械学習モデルにおいて予測対象である状態量の動特性が考慮されていない。そのため状態量が動特性を有する対象に対して、十分な予測精度が得られないおそれがある。
When using a physical model as a numerical model, the physical model assumes that the true prediction formula is linear and performs approximations such as linearization, or models that assume operating conditions such as static stability. However, with such a physical model, there is a risk that the prediction error will become large if the assumed preconditions are not satisfied. Furthermore, in statistical models such as machine learning models, prediction errors may become large in the extrapolation region of learning data used to construct the model. Therefore,
このような動特性に関する課題に対する解決手法の一つとして、機械学習手法として、Recurrent Neural Network(RNN)を導入することが考えられる。一方で、微分構造を導入した連続表現型ニューラルネットワークであるニューラルОDE(Neural Ordinary Differential Equation)では、RNNと比較してメモリ効率が高く、時間的に連続なモデルを扱えるメリットがある。非特許文献1では、ニューラルОDEと既知の微分方程式を組み合わせることにより、予測精度を向上可能な予測手法が開示されている。
One possible solution to such issues regarding dynamic characteristics is to introduce a Recurrent Neural Network (RNN) as a machine learning method. On the other hand, neural ODE (Neural Ordinary Differential Equation), which is a continuous expression neural network that introduces a differential structure, has the advantage of having higher memory efficiency than RNN and being able to handle temporally continuous models. Non-Patent
上記特許文献1及び非特許文献1のように、機械学習モデル及び物理モデルを組み合わせた予測モデルを用いて状態量の予測を行う場合、予測モデルは、予測対象であるプラントで取得された学習データを用いて学習することで、機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータや、物理モデルに含まれる物理パラメータを決定する。このような予測モデルの学習に用いられる学習データは、予測対象となるプラントに設置されたセンサ等の計測装置によって得られる計測データが利用される。
When predicting state quantities using a prediction model that combines a machine learning model and a physical model, as in
ここで、学習データとして利用可能な計測データを得るためのセンサが設置されていないプラントについて、状態量を予測するための予測モデルを学習しようとする場合、新たに学習データを取得するためのセンサ等を設置することは、コスト的に不利である。この場合、他の類似するプラントにおいて過去に学習データを用いて学習済の予測モデルが得られている場合、当該他のプラントに対応する予測モデルを、センサ等が未設置のプラントに対応する予測モデルとして利用することが考えられる。但し、プラントには固有特性があるため、他のプラントの予測モデルをそのまま利用すると予測精度が低下してしまい、予測モデルの微調整が必要となる。 Here, when trying to learn a prediction model for predicting state quantities for a plant that does not have sensors installed to obtain measurement data that can be used as learning data, it is necessary to use sensors to obtain new learning data. etc. is disadvantageous in terms of cost. In this case, if a trained prediction model has been obtained using learning data in the past at another similar plant, the prediction model corresponding to the other plant is used to predict the prediction model corresponding to the plant where sensors, etc. are not installed. It is possible to use it as a model. However, since each plant has unique characteristics, the prediction accuracy will decrease if the prediction model of another plant is used as is, and the prediction model will need to be fine-tuned.
本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、他のプラントに対応する学習済の予測モデルを調整することで得られた予測モデルを用いて、コストを抑えつつ、精度よく状態量を予測可能な状態量予測装置、状態量予測方法、状態量予測システム、及び状態量予測システムの制御方法を提供することを目的とする。 At least one embodiment of the present disclosure has been made in view of the above-mentioned circumstances, and uses a prediction model obtained by adjusting a learned prediction model corresponding to another plant to reduce cost and improve accuracy. It is an object of the present invention to provide a state quantity prediction device, a state quantity prediction method, a state quantity prediction system, and a control method for a state quantity prediction system that can predict state quantities well.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測装置は、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置であって、
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部と、
第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得部と、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成部と、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, state quantity prediction devices according to some embodiments of the present disclosure,
A state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model,
A first prediction for storing a first prediction model that corresponds to a first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. a model storage section,
a measurement data acquisition unit for acquiring measurement data of the second plant;
a second predictive model creation unit for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
The second predictive model creation unit creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測システムは、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムであって、
前記状態量予測装置は、
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部と、
前記情報処理装置から要求された後、第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得部と、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成部と、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, a state quantity prediction system according to some embodiments of the present disclosure,
A state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, and an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device, the system comprising:
The state quantity prediction device includes:
A first prediction for storing a first prediction model that corresponds to a first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. a model storage section,
a measurement data acquisition unit for acquiring measurement data of the second plant after being requested by the information processing device;
a second predictive model creation unit for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
The second predictive model creation unit creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測方法は、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測方法であって、
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するステップと、
第2プラントの計測データを取得するステップと、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するステップと、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するステップと、
を備え、
前記第2予測モデルを作成するステップでは、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, state quantity prediction methods according to some embodiments of the present disclosure include:
A state quantity prediction method for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, the method comprising:
storing a first predictive model that corresponds to a first plant and is the predictive model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned;
a step of acquiring measurement data of the second plant;
creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
In the step of creating the second predictive model, the second predictive model is created by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測システムの制御方法は、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムの制御方法であって、
前記状態量予測装置は、
前記情報処理装置から要求された後、第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得ステップと、
前記計測データを用いて、第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部に記憶された前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成ステップと、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測ステップと、
を実行し、
前記第2予測モデル作成ステップは、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, a control method for a state quantity prediction system according to some embodiments of the present disclosure includes:
A control method for a state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter and an information processing device capable of communicating with each other using a prediction model including a machine learning model and a physical model. hand,
The state quantity prediction device includes:
a measurement data acquisition step for acquiring measurement data of the second plant after being requested by the information processing device;
Using the measurement data, create a first prediction model that corresponds to the first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. A second predictive model for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model stored in a first predictive model storage unit for storage. creation step,
a state quantity prediction step for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Run
The second predictive model creation step creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測装置は、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置であって、
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, state quantity prediction devices according to some embodiments of the present disclosure,
A state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model,
Predictive model creation for creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant Department and
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The predictive model creation unit creates the predictive model by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測システムは、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムであって、
前記状態量予測装置は、
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, a state quantity prediction system according to some embodiments of the present disclosure,
A state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, and an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device, the system comprising:
The state quantity prediction device includes:
Predictive model creation for creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant Department and
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The predictive model creation unit creates the predictive model by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測方法は、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測方法であって、
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するステップと、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するステップと、
を備え、
前記予測モデルを作成するステップでは、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, state quantity prediction methods according to some embodiments of the present disclosure include:
A state quantity prediction method for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, the method comprising:
creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant;
predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
In the step of creating the predictive model, the predictive model is created by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
本開示の幾つかの実施形態に係る状態量予測システムの制御方法は、上記課題を解決するために、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムの制御方法であって、
前記状態量予測装置は、
前記情報処理装置からの要求の後、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
In order to solve the above problems, a control method for a state quantity prediction system according to some embodiments of the present disclosure includes:
A control method for a state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter and an information processing device capable of communicating with each other using a prediction model including a machine learning model and a physical model. hand,
The state quantity prediction device includes:
After the request from the information processing device, the machine learning parameters included in the machine learning model and the physical parameters included in the physical model are learned by using learning data acquired in the plant. a predictive model creation unit for creating a predictive model;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The predictive model creation unit creates the predictive model by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
本開示の少なくとも一実施形態によれば、他のプラントに対応する学習済の予測モデルを調整することで得られた予測モデルを用いて、コストを抑えつつ、精度よく状態量を予測可能な状態量予測装置、状態量予測方法、状態量予測システム、及び状態量予測システムの制御方法を提供できる。 According to at least one embodiment of the present disclosure, a state in which a state quantity can be predicted with high accuracy while suppressing costs using a prediction model obtained by adjusting a learned prediction model corresponding to another plant A quantity prediction device, a state quantity prediction method, a state quantity prediction system, and a control method for a state quantity prediction system can be provided.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the configurations described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention thereto, and are merely illustrative examples.
本開示の少なくとも一実施形態に係る状態量予測装置1は、予測モデルMを用いて、入力パラメータuに対応するプラントの状態量xを予測するための装置である。状態量予測装置1を実現するためのハードウェア構成は限定されないが、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等を備える情報処理装置として構成される。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。尚、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。
A state
状態量予測装置1が用いる予測モデルMは、機械学習モデルMN及び物理モデルMPを含む。以下の実施形態では、静的状態にあるプラントの状態量xを予測するための物理モデルMPに対して、プラントの動的状態を予測するための機械学習モデルMNが組み合わされることで、予測モデルMが構成される。このような予測モデルMに含まれる機械学習モデルMN及び物理モデルMPの機能は一例に過ぎず、限定されない。
The prediction model M used by the state
図1は一実施形態に係る状態量予測装置1Aの構成を示すブロック図である。状態量予測装置1Aは、機械学習モデルMN及び物理モデルMPが組み合わされた予測モデルMを有し、具体的には、機械学習モデルMNを用いて第1予測値X1を算出するための第1予測値算出部4と、物理モデルMPを用いて第2予測値X2を算出するための第2予測値算出部6と、第1予測値X1及び第2予測値X2に基づいて状態量xの予測値Xを算出するための状態量予測値算出部8とを備える。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a state
物理モデルMPは、静的状態にあるプラントに対応する物理モデルであって、静的時の入力パラメータuに対応するプラントの状態量xの静的成分である第2予測値X2を出力するように構成される。このような物理モデルMPは、静的時の入力パラメータu、及び、第2予測値X2の関係式として、一般的に次式で表される。
X2=f(u,θP) (1)
尚、θPは物理モデルMPに含まれる少なくとも1つの物理パラメータであり、本実施形態ではk個の物理パラメータθP1、θP2、・・・、θPk(以下、適宜「物理パラメータθP」と称する。kは1以上の自然数)を含む。fは入力パラメータu及び物理パラメータθPを変数とする任意の関数である。
The physical model M P is a physical model corresponding to a plant in a static state, and outputs a second predicted value X2 which is a static component of the state quantity x of the plant corresponding to an input parameter u in a static state. It is configured as follows. Such a physical model M P is generally expressed by the following equation as a relational expression between the static input parameter u and the second predicted value X2.
X2=f(u, θ P ) (1)
Note that θ P is at least one physical parameter included in the physical model MP , and in this embodiment, k physical parameters θ P1 , θ P2 , ..., θ Pk (hereinafter referred to as "physical parameter θ P" as appropriate) ” (k is a natural number of 1 or more). f is an arbitrary function whose variables are the input parameter u and the physical parameter θP .
機械学習モデルMNは、動的状態にあるプラントに対応する機械学習モデルであって、動的時の入力パラメータuに対応するプラントの状態量xの動的成分である第1予測値X1を出力するように構成される。このような機械学習モデルMNは、例えば動的時の入力パラメータuと、プラントの状態量xの動的成分である第1予測値X1の関係を示すニューラルネットワークとして構成される。 The machine learning model MN is a machine learning model corresponding to a plant in a dynamic state, and the first predicted value X1 is a dynamic component of the state quantity x of the plant corresponding to the input parameter u during the dynamic state. configured to output. Such a machine learning model M N is configured, for example, as a neural network that shows the relationship between a dynamic input parameter u and a first predicted value X1 that is a dynamic component of the state quantity x of the plant.
図2は図1の機械学習モデルMNであるニューラルネットワークの一例を示す模式図である。このニューラルネットワークは、複数の入力パラメータu1,u2、・・・がそれぞれ入力される複数のノードを有する入力層12と、予測結果として第1予測値X1を出力するノードを有する出力層14と、入力層12及び出力層14間にある複数のノードを含む中間層13(隠れ層)とを備える。中間層13の各ノードには、重み係数として、機械学習パラメータθN1、θN2、・・・、θNn(以下、適宜「機械学習パラメータθN」と称する。nは1以上の自然数)が設定される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a neural network that is the machine learning model M N of FIG. 1. This neural network includes an
第1予測値算出部4は、機械学習モデルMNに対して入力パラメータuを与えることにより第1予測値X1を算出する。第2予測値算出部6は、物理モデルMPに対して入力パラメータuを与えることにより第2予測値X2を算出する。状態量予測値算出部8は、状態量xの動的成分に対応する第1予測値算出部4で算出された第1予測値X1、及び、状態量xの静的成分に対応する第2予測値算出部6で算出された第2予測値X2に基づいて、状態量xの予測値Xを算出する。このように状態量予測装置1Aは、動的成分及び静的成分を含む状態量xの予測値Xを求めることができる。
The first predicted
ここで予測モデルMに含まれる機械学習パラメータθN、及び、物理パラメータθPは、学習データを用いた学習によって決定される(以下、機械学習パラメータθN、及び、物理パラメータθPを総称する場合は、適宜「学習パラメータθ」と称する)。具体的には、学習時には、機械学習パラメータθN、及び、物理パラメータθPに対して、それぞれ初期値θN0、θP0が与えられ、例えば、次式で定義される評価関数F1が最小になるように、機械学習パラメータθN、及び、物理パラメータθPが探索される。
F1=Σ(X-X´)2 (1)
尚、X´は学習データに含まれる予測値X´に対応する真値(例えば実測値)である。
Here, the machine learning parameter θ N and the physical parameter θ P included in the prediction model M are determined by learning using learning data (hereinafter, the machine learning parameter θ N and the physical parameter θ P are collectively referred to as (in this case, it is appropriately referred to as "learning parameter θ"). Specifically, during learning, initial values θ N0 and θ P0 are given to the machine learning parameter θ N and physical parameter θ P , respectively, and, for example, the evaluation function F1 defined by the following equation is minimized. The machine learning parameter θ N and the physical parameter θ P are searched so that
F1=Σ(X-X') 2 (1)
Note that X' is a true value (for example, a measured value) corresponding to the predicted value X' included in the learning data.
ここで前述の状態量予測装置1Aでは、状態量xを予測するために予測モデルMを用いるが、予測精度のよい予測モデルMを得るためには、予測モデルMの学習に用いられる学習データを十分多く取得できていることが前提となる。そのため、例えば十分な学習データが取得できないプラントでは、学習によって得られる予測モデルMの予測精度が低下してしまうおそれがある。これを解決するために、プラントに十分な学習データを取得するためのセンサ等を増設することも考えられるが、コスト的に不利である。このような課題を解決するために、次の実施形態では、十分な学習データの取得が可能な第1プラントP1に対応する学習済の第1予測モデルM1を調整することにより、第1プラントP1とは異なる第2プラントP2に対応する第2予測モデルM2を得ることで、第2プラントP2における状態量xの予測が可能となる。
Here, the above-mentioned state
図3は他の実施形態に係る状態量予測装置1Bの構成を示すブロック図である。状態量予測装置1Bは、第2プラントP2の状態量xを予測するための装置であって、第1予測モデル記憶部15と、計測データ取得部16と、第2予測モデル作成部17と、状態量予測部18とを備える。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a state
第1予測モデル記憶部15は、状態量予測装置1Bの予測対象である第2プラントP2とは異なる第1プラントP1に対応する第1予測モデルM1を記憶するための構成である。第1予測モデルM1は、第1プラントP1に対応する前述の予測モデルMであり、図1に例示されるように、機械学習モデルMN及び物理モデルMPを含む予測モデルである。第1プラントP1では、第1予測モデルM1を学習するための学習データとして十分な運転データの取得が可能であり、第1予測モデルM1は、このような十分な運転データを学習データとして用いた学習によって、十分な予測精度を有するように構築される。このように構築された第1予測モデルM1は、第1予測モデル記憶部15に読み出し可能に記憶される。
尚、第1プラントP1及び第2プラントP2は、互いに類似している。第1プラントP1及び第2プラントP2が類似するか否かは、例えば、プラントの設備構成や各設備のスペックの類似度、学習データ以外として取得される状態量(プラントに設置されているセンサ構成)の類似度などを総合的に考慮して判断することができる。
The first prediction
Note that the first plant P1 and the second plant P2 are similar to each other. Whether or not the first plant P1 and the second plant P2 are similar can be determined by, for example, the degree of similarity between the equipment configuration of the plants, the specifications of each equipment, state quantities obtained as other than learning data (the configuration of sensors installed in the plant), etc. ) can be judged by comprehensively considering the degree of similarity between the two.
計測データ取得部16は、状態量予測装置1Bの予測対象である第2プラントP2において、第2プラントP2から運転データを計測データDmとして取得するための構成である。第2プラントP2には、運転データを計測するための計測機器が備えられているが、この計測機器では、例えばプラント毎に搭載される計測機器の種類や制御方式等の違いによって、状態量xの実測値X´について十分な数のデータ取得ができない制約がある(尚、実測値X´を除く他の運転データについては、第1プラントPと同様に十分な数のデータ取得が可能である)。
The measurement
第2予測モデル作成部17は、計測データ取得部16で取得された第2プラントP2の計測データDmを用いて、第1予測モデル記憶部15から読み出した第1予測モデルM1を調整することにより、第2プラントP2に対応する第2予測モデルM2を作成するための構成である。第2予測モデルM2の作成は、予測対象である第2プラントP2に類似する第1プラントP1に対応する第1予測モデルM1に含まれる学習パラメータθ(前述の機械学習パラメータθN、及び、物理パラメータθP)を微調整することにより行われる。各プラントにおいて入力パラメータuと予測値Xとの関係はプラントの個体差のような特性に依存するため、一般的にプラントごとに予測モデルMが異なるが、互いに類似する第1プラントP1及び第2プラントP2では予測モデルMは比較的近いものとなる。そのため第2予測モデル作成部17は、既に十分な学習データを用いて学習済の第1プラントP1に対応する第1予測モデルM1を微調整することで、状態量xの実測値X´について十分な学習データの取得が難しい第2プラントP2に対応する第2予測モデルM2を作成する。
The second prediction
第2予測モデル作成部17による第2予測モデルM2の作成は、第1予測モデルM1の機械学習パラメータθN1、及び、第2予測モデルM2の機械学習パラメータθN2の差分の大きさに正則化を施して学習(転移学習)することにより行われる。具体的には、この学習は、次式の評価関数F2を最小にするように行われる。
F2=Σ(X-X´)2+βΣ(θN2-θN1)2 (2)
The creation of the second prediction model M2 by the second prediction
F2=Σ(X-X') 2 +βΣ(θ N2 -θ N1 ) 2 (2)
この評価関数F2は、前述の評価関数F1(上記(1)式を参照)と同様の第1項と、正則項である第2項とを備える。第2項は、第1予測モデルM1及び第2予測モデルM2の機械学習パラメータθNの差分の2ノルムとして表現され、重み係数βを用いて第1項に加算される。このような評価関数F2を最小にする学習では、機械学習モデルMN及び物理モデルMPを含む予測モデルMのうち機械学習パラメータθNの学習自由度を制限することにより、状態量xの実測値X´について学習データが少ない場合においても、物理パラメータθPの更新が促進され、過学習を回避できる。その結果、第2予測モデル作成部17では、第2プラントP2で学習データ(計測データDmに含まれる状態量xの実測値X´)が少量しか得られない場合においても、当該少量の学習データを用いて第1予測モデルM1を微調整することによって、信頼性のある第2予測モデルM2を作成できる。
This evaluation function F2 includes a first term similar to the above-described evaluation function F1 (see equation (1) above) and a second term that is a regular term. The second term is expressed as the 2-norm of the difference between the machine learning parameters θ N of the first prediction model M1 and the second prediction model M2, and is added to the first term using the weighting coefficient β. In such learning to minimize the evaluation function F2, by restricting the degree of freedom for learning the machine learning parameter θ N of the prediction model M including the machine learning model M N and the physical model M P , the actual measurement of the state quantity x is performed. Even when there is little learning data for the value X', updating of the physical parameter θ P is promoted and overfitting can be avoided. As a result, even when only a small amount of learning data (actual measured value X' of the state quantity x included in the measurement data Dm) is obtained in the second plant P2, the second predictive
尚、第2予測モデル作成部17は、評価関数F2を用いた学習において、物理パラメータθPに対して許容範囲を設定してもよい。この許容範囲は、物理パラメータθPが取り得る範囲として予め規定可能である。これにより、前述した正則化による機械学習パラメータθNの学習自由度を制限することに加えて、物理パラメータθPの学習自由度も制限することで、より信頼性のある第2学習モデルM2を作成できる。
Note that the second predictive
状態量予測部18は、第2予測モデル作成部17で作成された第2予測モデルM2を用いて、第2プラントP2について状態量xの予測値Xを算出するための構成である。具体的には、図1を参照して前述したように、状態量予測部18は、第2予測モデルM2に対して、第2プラントP2で取得した運転データである入力パラメータuを入力することにより、対応する状態量xの予測値Xが得られる。
The state
尚、図3に示す状態量予測装置1Bを構成する各ブロックは、単一の装置として構成されていてもよいし、複数の装置にわたって構成されてもよい。例えば、第2予測モデルM2の作成に関する構成(第1予測モデル記憶部15、計測データ取得部16、第2予測モデル作成部17など)と、第2予測モデルM2を用いて状態量xを予測するための構成(状態量予測部18など)とが異なる装置として構成されていてもよい。この場合、前者で第2予測モデルM2を作成し、後者では前者で作成された第2予測モデルM2を用いた状態量xの予測を行ってもよい。
Note that each block configuring the state
また第2予測モデル作成部17は、状態量予測部18で予測された状態量xの予測値Xが、例えば第2プラントP2に設置された機器で計測された状態量xの実測値X´になるように、第2予測モデルM2を調整してもよい。ここで図4は状態量xの実測値X´によって調整された第2予測モデルM2に基づいて算出される予測値Xの推移を示す図である。
Further, the second prediction
図4では、所定又は不定のサンプリング周期Tsごとに規定される時刻t1、t2、・・・において、状態量予測部18で予測された状態量xの予測値Xが、状態量xの実測値X´になるように第2予測モデルM2が調整される。第2予測モデルM2は前述の評価関数F2を用いて基本的に作成されるが、例えば、途中で第2プラントP2の運用条件(例えば図5を参照して後述する実施形態では、脱硫装置20に付随するボイラで使用される燃料の種類(炭種)など)が変更された場合には予測精度が低下するおそれがある。この態様では、所定のサンプリング周期Tsごとに、状態量xの予測値Xが実測値X´になるように第2予測モデルM2を調整することで、第2プラントP2の運用条件が変更された場合においても、第2予測モデルM2の信頼性を好適に維持できる。
In FIG. 4, the predicted value X of the state quantity x predicted by the state
また前述の評価関数F1(上記(1)式を参照)を用いて予測モデルMの学習を行う場合、学習データに含まれるデータ数が少ないと過学習を引き起こし、予測精度が低下してしまうおそれがある。そこで予測モデルMの学習時に正則化を行うことで過学習を回避してもよい。具体的には予測モデルMの学習の際に用いる評価関数として、評価関数F1に代えて、次式の評価関数F3を用いてもよい。
F3=Σ(X-X´)2+αΣθi
2 (3)
Furthermore, when learning the prediction model M using the aforementioned evaluation function F1 (see equation (1) above), if the number of data included in the training data is small, overfitting may occur and prediction accuracy may decrease. There is. Therefore, overfitting may be avoided by performing regularization during learning of the prediction model M. Specifically, as the evaluation function used when learning the prediction model M, the evaluation function F3 of the following formula may be used instead of the evaluation function F1.
F3=Σ(X-X') 2 +αΣθ i 2 (3)
この評価関数F3では、第1項は評価関数F1と同様に予測二乗誤差の総和を示し、第2項は正則項を示している。上記(3)式は一例に過ぎず、例えば、第1項を(3)式の第1項を評価データ数で割った平均値とするとともに、第2項を(3)式の第2項をパラメータ数で割った平均値等としてもよい。このような評価関数F3を用いて学習することで過学習を回避し、学習データに含まれるデータ数が少ない場合においても過学習を回避して、精度のよい予測モデルが得られる。 In this evaluation function F3, the first term indicates the sum of prediction squared errors as in the evaluation function F1, and the second term indicates a regular term. The above equation (3) is just an example; for example, the first term is the average value obtained by dividing the first term of equation (3) by the number of evaluation data, and the second term is the second term of equation (3). It may also be an average value obtained by dividing by the number of parameters. By learning using such an evaluation function F3, overfitting can be avoided, and even when the number of data included in the learning data is small, overfitting can be avoided and a highly accurate prediction model can be obtained.
このように評価関数F3を用いた学習では、予測モデルMが有する学習パラメータθのうち機械学習パラメータθNの自由度が物理パラメータθPに対して相対的に高くなる。そのため評価関数F3を用いた学習では、機械学習パラメータθNの学習が支配的になり、物理パラメータθPの学習が適切に行えない、或いは、学習の再現性がない等の問題が発生するおそれがある。 In this way, in learning using the evaluation function F3, the degree of freedom of the machine learning parameter θ N among the learning parameters θ included in the prediction model M becomes relatively high with respect to the physical parameter θ P. Therefore, in learning using the evaluation function F3, learning of the machine learning parameter θ N becomes dominant, and there is a risk that problems such as learning of the physical parameter θ P may not be performed appropriately or learning may not be reproducible. There is.
このような課題を解決するために、次式に示すように、学習パラメータθのうち機械学習パラメータθNのみに対して正則化を施すように評価関数F4を用いて学習を行ってもよい。
F4=Σ(X-X´)2+αΣ(θNi)2 (4)
このような評価関数F4が最小になるように学習を行うことで、機械学習パラメータθNの学習自由度を制限し、物理パラメータθPの更新を促進することで過学習を回避でき、その結果、学習データ(計測データDmに含まれる状態量xの実測値X´)のデータ数が少ない場合においても、機械学習パラメータθN及び物理パラメータθPをそれぞれ好適に学習により決定できる。
In order to solve this problem, learning may be performed using the evaluation function F4 so as to regularize only the machine learning parameter θ N of the learning parameters θ, as shown in the following equation.
F4=Σ(X-X') 2 +αΣ(θ Ni ) 2 (4)
By performing learning so that such evaluation function F4 is minimized, overfitting can be avoided by restricting the degree of freedom for learning the machine learning parameter θ N and promoting the update of the physical parameter θ P. , even when the number of learning data (actually measured value X' of the state quantity x included in the measurement data Dm) is small, the machine learning parameter θ N and the physical parameter θ P can each be suitably determined by learning.
尚、(4)式では評価関数F4の第2項は機械学習パラメータθNの2ノルムを重み係数αで加算して表現されているが、これは前述の評価関数F3と同様に一例に過ぎず、例えば、第1項を(4)式の第1項を評価データ数で割った平均値とするとともに、第2項を(4)式の第2項をパラメータ数で割った平均値等としてもよい。 In addition, in equation (4), the second term of the evaluation function F4 is expressed by adding the two norms of the machine learning parameter θ N with the weighting coefficient α, but this is just an example as with the evaluation function F3 described above. For example, the first term is the average value obtained by dividing the first term in equation (4) by the number of evaluation data, and the second term is the average value obtained by dividing the second term in equation (4) by the number of parameters. You can also use it as
尚、前述の評価関数F3及びF4を用いた学習においても、予測モデルMのうち物理パラメータθPに対して許容範囲を設定してもよい。これにより物理パラメータの学習自由度を制限することで、より精度よく状態量を予測可能な学習モデルMが得られる。 Note that also in learning using the above-mentioned evaluation functions F3 and F4, an allowable range may be set for the physical parameter θP of the prediction model M. By restricting the degree of freedom in learning physical parameters, a learning model M that can predict state quantities with higher accuracy can be obtained.
また前述の評価関数F3及びF4を用いた学習により作成された予測モデルMもまた、図4を参照して前述したように、予測モデルMを用いて予測された状態量xの予測値Xが、例えばプラントに設置された機器で計測された状態量xの実測値X´になるように調整されてもよい。これにより、予測モデルMを用いて予測された状態量xの予測値Xが実測値X´になるように所定のタイミングで調整されることで、プラントの運用条件(例えば図5を参照して後述する実施形態では、脱硫装置20に付随するボイラで使用される燃料の種類(炭種)など)が変化した場合においても、予測モデルMの予測精度を好適に維持できる。
Furthermore, the prediction model M created by learning using the evaluation functions F3 and F4 described above also has a predicted value X of the state quantity x predicted using the prediction model M, as described above with reference to FIG. For example, the state quantity x may be adjusted to the actual value X' measured by equipment installed in the plant. As a result, the predicted value X of the state quantity x predicted using the prediction model M is adjusted at a predetermined timing so that it becomes the actual measured value In the embodiment described below, even when the type of fuel (coal type, etc.) used in the boiler attached to the
続いて上記構成を有する状態量予測装置1A及び1Bの具体的な適用例について説明する。ここでは、プラントの状態量xを予測する場合の具体的な一例として、排煙脱硫プラントの吸収塔で用いられる吸収液の吸収剤濃度を状態量xとして予測する場合について例示的に述べるが、他の例としては、ガスタービン、蒸気タービン、大型冷凍機、エアコン等を対象としてもよい。
Next, a specific application example of the state
図5は脱硫装置20の構成を概略的に示す図である。脱硫装置20は、火力発電所などのプラント設備のボイラ(不図示)に付随して設置され、ボイラの排気通路23aを流れる排ガスG0に含まれる微粒子を収集する集塵装置22と、集塵装置22の下流側において、集塵装置22を通過した排ガスG1が流れる排気通路23bに設置された吸収塔24と、を備える。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the
集塵装置22は、ケーシング内に供給された排ガスG0に対してコロナ放電を行うことで、排ガスG0に含まれる微粒子を帯電させ、正負に荷電させた付着部に対して電気的吸引力によって付着させることで集塵する電気集塵器である。集塵装置22によって集塵処理が行われた排ガスG1は、排気通路23bを介して吸収塔24に供給される。
The
吸収塔24は、集塵装置22で集塵処理が行われた排ガスG1に対して、石灰石30を含む吸収液26を接触させることで排ガスG1中のSO2(二酸化硫黄)を吸収することにより、脱硫処理を行う。吸収塔24の底部には吸収液26が貯留されている。吸収液26は、吸収塔24の外部に設けられた石灰石フィーダ28から供給される石灰石30が、吸収塔24の底部に供給される水32と混合されることで生成される。
尚、本実施形態では、石灰石フィーダ28から石灰石30を水32に供給することで吸収液26が生成される場合を例示しているが、これに代えて、石灰石を含む石灰石スラリーを水32に供給することで吸収液26を生成するようにしてもよい。
The
In this embodiment, a case is illustrated in which the
吸収塔24の底部に貯留された吸収液26は、吸収液循環ポンプ34により圧送され、吸収塔24の外部に設けられた吸収液循環配管36を介して、吸収塔24内の上部に供給される。吸収液循環ポンプ34は、互いに並列に接続された複数台のポンプユニットから構成されており、各ポンプユニットの運転状態が制御される。例えばポンプユニットが可変容量方式(動翼方式)である場合には、各ポンプユニットの容量を可変に調整することで吸収液循環ポンプ34から圧送される吸収液26の流量制御が可能である。またポンプユニットが固定容量方式(固定翼方式)である場合には、ポンプユニットの動作台数を調整することで吸収液循環ポンプ34から圧送される吸収液26の流量制御が可能である。このように吸収塔24内の上部に供給された吸収液26は、吸収塔24内の上部に設けられたノズル38から散布されて落下する過程において、吸収塔24内を上昇する排ガスG1と接触する。これにより、排ガスG1に含まれるSO2が吸収液26中の石灰石30と反応し、脱硫処理が行われる。
尚、ノズル38からの吸収液26の散布及び落下方式は、グリッド式であってもよいし、液柱方式であってもよいし、スプレー方式であってもよい。
The
The method of dispersing and dropping the
下記(5)式は、吸収塔24で実施される脱硫処理の化学反応式である。脱硫反応では石灰石30と排ガスG1に含まれるSO2とが反応することで石膏34(CaCO4・2H2O)が副産物として生成される。SO2が除去された排ガスG2は、吸収塔24の頂部から脱硫排ガス管25を介して外部に排出される。
SO2+1/2O2+CaCO3+2H2O→CaCO4・2H2O+CO2 (5)
The following formula (5) is a chemical reaction formula for the desulfurization treatment carried out in the
SO 2 +1/2O 2 +CaCO 3 +2H 2 O→CaCO 4.2H 2 O+CO 2 (5)
また、吸収塔24の底部に貯留された吸収液26の一部は、吸収液循環ポンプ34により圧送されつつ吸収塔24の外部の吸収液循環配管36から分岐した抜出管40を経て脱水器42に送られる。脱水器42は、例えば、ベルトフィルタで構成され、当該ベルトフィルタで搬送される過程で吸収液26を脱水処理し、生成された石膏34が系外に排出される。
尚、脱水器42の脱水処理で生じたろ過液は、水32として吸収塔24の底部に供給されることで再利用される。
In addition, a part of the
Note that the filtrate produced by the dehydration process in the
また吸収塔24の底部には、酸化用空気46が供給される。これにより、吸収液26には酸化用空気46が含まれることでSO2排ガスから吸収液26中に移行し生成した亜硫酸基から硫酸基への酸化が促進され、この結果として排ガス中のSO2の除去効率も向上する。
尚、ノズル38からの吸収液26の散布及び落下方式がグリッド式である場合には、吸収液26が落下する過程で酸化されるため酸化用空気46の供給が省略されてもよい。
Further, oxidizing
Note that when the method of spraying and dropping the
このような脱硫装置20には、前述の入力パラメータuとして選択可能な少なくとも1つのセンサが配置される。本実施形態では、吸収塔24の出口側におけるSO2濃度u1(脱硫出口SO2濃度[ppm])を検出するためのSO2濃度センサ50と、吸収塔24の入口側におけるSO2濃度u2(脱硫入口SO2濃度[ppm])を検出するためのSO2濃度センサ52と、吸収塔24で生成される石灰石スラリの流量u3(吸収塔石灰石スラリ流量[m3/h])を検出するための石灰石スラリ流量センサ54と、ボイラ空気流量u5[%]を検出するためのボイラ空気流量センサ56と、吸収塔24で生成される石灰石スラリの濃度u6(吸収塔石灰石スラリ濃度[wt%]を検出するための石灰石スラリ濃度センサ58と、吸収塔24に供給される酸化用空気流量u7[m3N/h]を検出するための酸化用空気流量センサ60と、吸収塔24における吸収液26のpHu8(吸収塔pH)を検出するためのpHセンサ62と、吸収塔24における吸収液26のレベルu9(吸収塔レベル[m])を検出するためのレベルセンサ64とが設けられている。これら各センサの検出値は、脱硫装置20のコントロールユニットである制御装置200に入力されることで、制御装置200は脱硫装置20の各部を制御する。
またボイラ(不図示)で生成された蒸気で発電を行う発電機(不図示)に対する発電指令信号u4もまた、入力パラメータuとして取得可能な構成になっている。
At least one sensor that can be selected as the input parameter u described above is arranged in such a
Furthermore, a power generation command signal u4 for a generator (not shown) that generates power using steam generated by a boiler (not shown) can also be obtained as an input parameter u.
これら各センサの検出値の少なくとも1つは、入力パラメータuとして前述の状態量予測装置1A及び1Bに入力されることで、状態量予測装置1A及び1Bは、状態量xとして、吸収塔24における吸収剤(炭酸カルシウム)濃度[mmоl/L]を予測する。
At least one of the detected values of each of these sensors is inputted as the input parameter u to the state
尚、状態量予測装置1A及び1Bでは、物理モデルMが有する物理パラメータθPとして、脱硫装置20に関する各種パラメータを用いることができるが、例えば、吸収液26における石灰石の活性、吸収塔24の入口ガス中水分率、吸収塔24での増湿率の少なくとも1つを含んでもよい。
In the state
このような構成を有する状態量予測装置1A及び1Bは、脱硫装置20に配置された各センサに対して、ネットワークを介して接続されることにより、各センサで検出された結果を入力パラメータuとして取得できる。これにより、状態量予測装置1では、入力パラメータuに対応する状態量xとして吸収剤(炭酸カルシウム)濃度[mmоl/L]を予測でき、脱硫装置20の運用に活用することができる。
The state
尚、上記実施形態における状態量予測装置1Aあるいは状態量予測装置1Bと通信可能なように接続された情報処理装置70で実行する状態量予測システムとしての構成をとることが可能である。ここで図6は一実施形態に係る状態量予測システムの構成を示すブロック図である。
Note that it is possible to adopt a configuration as a state quantity prediction system executed by an
情報処理装置70は、状態量予測装置1Aあるいは状態量予測装置1Bにおいて算出された予測値Xを表示する表示部71を備える。更に、情報処理装置70は、表示部71を介して入力された指示に従い、情報処理装置70からの要求により状態量予測装置1Aあるいは状態量予測装置1Bにおいて各処理を実行する構成を備えてもよい。
The
その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the components in the embodiments described above can be replaced with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present disclosure, and the embodiments described above may be combined as appropriate.
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。 The contents described in each of the above embodiments can be understood as follows, for example.
(1)一態様に係る状態量予測装置は、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置であって、
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部と、
第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得部と、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成部と、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
(1) A state quantity prediction device according to one aspect includes:
A state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model,
A first prediction for storing a first prediction model that corresponds to a first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. a model storage section,
a measurement data acquisition unit for acquiring measurement data of the second plant;
a second predictive model creation unit for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
The second predictive model creation unit creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
上記(1)の態様によれば、第1プラントに対応する第1予測モデルを調整することにより、第2プラントに対応する第2予測モデルを作成できる。このような予測モデルの調整は、第1予測モデル及び第2予測モデルの機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより行われる。例えば第2プラントにおいて簡易計測によって少数の第2計測データしか得られない場合においても、機械学習パラメータの学習自由度を制限するとともに、物理パラメータの更新を促進することで、第1予測モデルに基づいて信頼性のある第2予測モデルを作成できる。このように作成された第2予測モデルを用いることで、十分な計測データの取得が困難な第2プラントにおいても精度のよい状態量の予測が可能となる。 According to the aspect (1) above, the second prediction model corresponding to the second plant can be created by adjusting the first prediction model corresponding to the first plant. Such adjustment of the prediction model is performed by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first prediction model and the second prediction model. For example, even if only a small number of second measurement data can be obtained through simple measurements in a second plant, by restricting the degree of freedom in learning machine learning parameters and promoting the updating of physical parameters, it is possible to Therefore, a reliable second prediction model can be created. By using the second prediction model created in this way, it is possible to predict state quantities with high accuracy even in the second plant where it is difficult to obtain sufficient measurement data.
(2)他の態様では、上記(1)の態様において、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分を含む損失関数が最小になるように転移学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
(2) In another aspect, in the aspect of (1) above,
The second predictive model creation unit creates the second predictive model by performing transfer learning so that a loss function including a difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model is minimized. do.
上記(2)の態様によれば、第1予測モデル及び第2学習モデルの機械学習パラメータの差分の大きさを含む損失関数が最小になるように転移学習することにより、機械学習パラメータの学習自由度が過剰に大きくならないように正則化を施した学習が可能となる。 According to the aspect (2) above, the machine learning parameters can be learned freely by performing transfer learning so that the loss function including the magnitude of the difference between the machine learning parameters of the first prediction model and the second learning model is minimized. This allows learning to be regularized to prevent the degree from becoming excessively large.
(3)他の態様では、上記(1)又は(2)の態様において、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記物理パラメータに対して許容範囲を設定する。
(3) In another aspect, in the aspect (1) or (2) above,
The second predictive model creation unit sets an allowable range for the physical parameters of the first predictive model and the second predictive model.
上記(3)の態様によれば、学習時に物理パラメータに対して許容範囲を設定することで、物理パラメータの学習自由度を制限することで、より精度よく状態量を予測可能な第2学習モデルが得られる。 According to the aspect (3) above, the second learning model is capable of predicting state quantities with higher accuracy by setting tolerance ranges for physical parameters during learning and limiting the degree of freedom in learning physical parameters. is obtained.
(4)他の態様では、上記(1)から(3)のいずれか一態様において、
前記第2予測モデル作成部は、前記状態量予測部で予測された前記状態量の予測値が前記状態量の実測値になるように、前記第2予測モデルを調整する。
(4) In another aspect, in any one of the above (1) to (3),
The second predictive model creation unit adjusts the second predictive model so that the predicted value of the state quantity predicted by the state quantity prediction unit becomes the actual measured value of the state quantity.
上記(4)の態様によれば、第2予測モデルによって予測された状態量の予測値が実測値になるように第2予測モデルを調整することで、第2プラントの運用条件が変化した場合においても、第2予測モデルの予測精度を好適に維持できる。 According to the aspect (4) above, when the operating conditions of the second plant change by adjusting the second prediction model so that the predicted value of the state quantity predicted by the second prediction model becomes the actual measured value. Even in this case, the prediction accuracy of the second prediction model can be suitably maintained.
(5)他の態様では、上記(1)から(4)のいずれか一態様において、
前記プラントは、吸収塔で排煙に吸収液を接触させることで、前記排煙を脱硫するための排煙脱硫プラントであり、
前記状態量は前記吸収塔における前記吸収液の吸収剤濃度である。
(5) In another aspect, in any one of the above (1) to (4),
The plant is a flue gas desulfurization plant for desulfurizing the flue gas by bringing an absorption liquid into contact with the flue gas in an absorption tower,
The state quantity is the absorbent concentration of the absorption liquid in the absorption tower.
上記(5)の態様によれば、排煙脱硫プラントが備える吸収塔における吸収液の吸収剤濃度を状態量として好適に予測することができる。 According to the aspect (5) above, the absorbent concentration of the absorption liquid in the absorption tower included in the flue gas desulfurization plant can be suitably predicted as a state quantity.
(6)他の態様では、上記(5)の態様において、
前記入力パラメータは、前記吸収塔の脱硫出口SO2濃度、前記吸収塔の脱硫入口SO2濃度、前記吸収塔で生成される石灰石スラリの流量若しくは濃度、前記排煙を排出するボイラで生成された蒸気で発電を行う発電機に対する発電指令信号、前記排煙を排出するボイラにおける空気流量、前記吸収塔に供給される酸化用空気流量、前記吸収塔における前記吸収液のpH、又は、前記吸収塔における前記吸収液のレベルの少なくとも1つを含む。
(6) In another aspect, in the aspect (5) above,
The input parameters include the SO2 concentration at the desulfurization outlet of the absorption tower, the SO2 concentration at the desulfurization inlet of the absorption tower, the flow rate or concentration of limestone slurry produced in the absorption tower, and the steam produced in the boiler that discharges the flue gas. A power generation command signal to a generator that generates power, an air flow rate in a boiler that discharges the flue gas, an oxidizing air flow rate supplied to the absorption tower, a pH of the absorption liquid in the absorption tower, or a power generation command signal in the absorption tower. and at least one level of absorbent liquid.
上記(6)の態様によれば、これらのパラメータの少なくとも1つを入力パラメータに含めることで、排煙脱硫プラントが備える吸収塔における吸収液の吸収剤濃度を状態量として好適に予測できる。 According to the aspect (6) above, by including at least one of these parameters in the input parameters, the absorbent concentration of the absorbent in the absorption tower provided in the flue gas desulfurization plant can be suitably predicted as a state quantity.
(7)一態様に係る状態量予測システムは、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムであって、
前記状態量予測装置は、
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部と、
前記情報処理装置から要求された後、第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得部と、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成部と、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
(7) A state quantity prediction system according to one aspect includes:
A state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, and an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device, the system comprising:
The state quantity prediction device includes:
A first prediction for storing a first prediction model that corresponds to a first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. a model storage section,
a measurement data acquisition unit for acquiring measurement data of the second plant after being requested by the information processing device;
a second predictive model creation unit for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
The second predictive model creation unit creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
上記(7)の態様によれば、前述の各態様に係る状態量予測装置と通信可能な情報処理装置を備える状態量予測システムが実現される。本システムでは、情報処理装置からの要求に応じて状態量予測装置において上記のように第2プラントの状態量が予測され、その予測結果が情報処理装置で得ることができる。 According to the aspect (7) above, a state quantity prediction system including an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device according to each of the above-described aspects is realized. In this system, the state quantity prediction device predicts the state quantity of the second plant as described above in response to a request from the information processing device, and the prediction result can be obtained by the information processing device.
(8)一態様に係る状態量予測方法は、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測方法であって、
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するステップと、
第2プラントの計測データを取得するステップと、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するステップと、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するステップと、
を備え、
前記第2予測モデルを作成するステップでは、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
(8) A state quantity prediction method according to one aspect is:
A state quantity prediction method for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, the method comprising:
storing a first predictive model that corresponds to a first plant and is the predictive model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned;
a step of acquiring measurement data of the second plant;
creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
In the step of creating the second predictive model, the second predictive model is created by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
上記(8)の態様によれば、第1プラントに対応する第1予測モデルを調整することにより、第2プラントに対応する第2予測モデルを作成できる。このような予測モデルの調整は、第1予測モデル及び第2予測モデルの機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより行われる。例えば第2プラントにおいて簡易計測によって少数の第2計測データしか得られない場合においても、機械学習パラメータの学習自由度を制限するとともに、物理パラメータの更新を促進することで、第1予測モデルに基づいて信頼性のある第2予測モデルを作成できる。このように作成された第2予測モデルを用いることで、十分な計測データの取得が困難な第2プラントにおいても精度のよい状態量の予測が可能となる。 According to the aspect (8) above, the second prediction model corresponding to the second plant can be created by adjusting the first prediction model corresponding to the first plant. Such adjustment of the prediction model is performed by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first prediction model and the second prediction model. For example, even if only a small number of second measurement data can be obtained through simple measurements in a second plant, by restricting the degree of freedom in learning machine learning parameters and promoting the updating of physical parameters, it is possible to Therefore, a reliable second prediction model can be created. By using the second prediction model created in this way, it is possible to predict state quantities with high accuracy even in the second plant where it is difficult to obtain sufficient measurement data.
(9)一態様に係る状態量予測システムの制御方法は、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムの制御方法であって、
前記状態量予測装置は、
前記情報処理装置から要求された後、第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得ステップと、
前記計測データを用いて、第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部に記憶された前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成ステップと、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測ステップと、
を実行し、
前記第2予測モデル作成ステップは、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する。
(9) A control method for a state quantity prediction system according to one aspect includes:
A control method for a state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter and an information processing device capable of communicating with each other using a prediction model including a machine learning model and a physical model. hand,
The state quantity prediction device includes:
a measurement data acquisition step for acquiring measurement data of the second plant after being requested by the information processing device;
Using the measurement data, create a first prediction model that corresponds to the first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. A second predictive model for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model stored in a first predictive model storage unit for storage. creation step,
a state quantity prediction step for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Run
The second predictive model creation step creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model.
上記(9)の態様によれば、前述の各態様に係る状態量予測装置と通信可能な情報処理装置を備える状態量予測システムが制御される。状態量予測装置は、情報処理装置からの要求に応じて状態量予測方法を実施することで上記のように第2プラントの状態量を予測し、その予測結果が情報処理装置で得ることができる。 According to the aspect (9) above, a state quantity prediction system including an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device according to each of the above-described aspects is controlled. The state quantity prediction device predicts the state quantity of the second plant as described above by implementing the state quantity prediction method in response to a request from the information processing device, and the prediction result can be obtained by the information processing device. .
(10)一態様に係る状態量予測装置は、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置であって、
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
(10) A state quantity prediction device according to one aspect includes:
A state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model,
Predictive model creation for creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant Department and
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The predictive model creation unit creates the predictive model by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
上記(10)の態様によれば、プラントで取得された学習データを用いて予測モデルの学習を行う場合に、予測モデルのうち機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより予測モデルの作成が行われる。一般的に少ない学習データを用いて予測モデルの学習を行った場合、機械学習パラメータの学習が支配的になり、物理パラメータの学習が適切に行えないおそれがある。それに対して本態様では、学習データの数が少ない場合においても、機械学習パラメータが過剰に大きくならないように正則化を施して学習を行うことで、機械学習パラメータの自由度が制限されるとともに、物理パラメータの更新が促進され、過学習を回避して精度のよい予測モデルが得られる。 According to the aspect (10) above, when learning a predictive model using learning data acquired in a plant, the predictive model is created by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model. will be held. In general, when a predictive model is trained using a small amount of training data, learning of machine learning parameters becomes dominant, and physical parameter learning may not be performed appropriately. In contrast, in this aspect, even when the number of learning data is small, regularization is performed to prevent machine learning parameters from becoming excessively large, thereby limiting the degree of freedom of machine learning parameters. Updating of physical parameters is promoted, overfitting is avoided and a highly accurate predictive model can be obtained.
(11)他の態様では、上記(10)の態様において、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルの前記機械学習パラメータの大きさを含む損失関数が最小になるように学習する。
(11) In another aspect, in the aspect (10) above,
The predictive model creation unit performs learning so that a loss function including the magnitude of the machine learning parameter of the predictive model is minimized.
上記(11)の態様によれば、予測モデルの機械学習パラメータの大きさを含む損失関数が最小になるように学習することにより、予測モデルの機械学習パラメータが過剰に大きくならないように正則化を施した学習が可能である。 According to the aspect (11) above, regularization is performed to prevent the machine learning parameters of the prediction model from becoming excessively large by learning so that the loss function including the size of the machine learning parameters of the prediction model is minimized. learning is possible.
(12)他の態様では、上記(10)又は(11)の態様において、
前記予測モデル作成部は、学習時に前記物理パラメータに対して許容範囲を設定する。
(12) In another aspect, in the aspect (10) or (11) above,
The predictive model creation unit sets an allowable range for the physical parameter during learning.
上記(12)の態様によれば、学習時に物理パラメータに対して許容範囲を設定することで、物理パラメータの学習自由度を制限することで、より精度よく状態量を予測可能な学習モデルが作成できる。 According to the aspect (12) above, by setting an allowable range for physical parameters during learning and limiting the degree of freedom in learning physical parameters, a learning model that can predict state quantities with higher accuracy is created. can.
(13)他の態様では、上記(10)から(12)のいずれか一態様において、
前記予測モデル作成部は、前記状態量予測部で予測された前記状態量の予測値が前記状態量の実測値になるように、前記予測モデルを調整する。
(13) In another aspect, in any one of the above (10) to (12),
The prediction model creation unit adjusts the prediction model so that the predicted value of the state quantity predicted by the state quantity prediction unit becomes the actual measured value of the state quantity.
上記(13)の態様によれば、予測モデルによって予測された状態量の予測値が実測値になるように予測モデルを調整することで、プラントの運用条件が変化した場合においても、予測モデルの予測精度を好適に維持できる。 According to the aspect (13) above, by adjusting the prediction model so that the predicted value of the state quantity predicted by the prediction model becomes the actual measured value, the prediction model can be adjusted even when the operating conditions of the plant change. Prediction accuracy can be suitably maintained.
(14)他の態様では、上記(10)から(13)のいずれか一態様において、
前記プラントは、吸収塔で排煙に吸収液を接触させることで、前記排煙を脱硫するための排煙脱硫プラントであり、
前記状態量は前記吸収塔における前記吸収液の吸収剤濃度である。
(14) In another aspect, in any one of the above (10) to (13),
The plant is a flue gas desulfurization plant for desulfurizing the flue gas by bringing an absorption liquid into contact with the flue gas in an absorption tower,
The state quantity is the absorbent concentration of the absorption liquid in the absorption tower.
上記(14)の態様によれば、排煙脱硫プラントが備える吸収塔における吸収液の吸収剤濃度を状態量として好適に予測することができる。 According to the aspect (14) above, the absorbent concentration of the absorption liquid in the absorption tower included in the flue gas desulfurization plant can be suitably predicted as a state quantity.
(15)他の態様では、上記(14)の態様において、
前記入力パラメータは、前記吸収塔の脱硫出口SO2濃度、前記吸収塔の脱硫入口SO2濃度、前記吸収塔で生成される石灰石スラリの流量若しくは濃度、前記排煙を排出するボイラで生成された蒸気で発電を行う発電機に対する発電指令信号、前記排煙を排出するボイラにおける空気流量、前記吸収塔に供給される酸化用空気流量、前記吸収塔における前記吸収液のpH、又は、前記吸収塔における前記吸収液のレベルの少なくとも1つを含む。
(15) In another aspect, in the aspect of (14) above,
The input parameters include the SO2 concentration at the desulfurization outlet of the absorption tower, the SO2 concentration at the desulfurization inlet of the absorption tower, the flow rate or concentration of limestone slurry produced in the absorption tower, and the steam produced in the boiler that discharges the flue gas. A power generation command signal to a generator that generates power, an air flow rate in a boiler that discharges the flue gas, an oxidizing air flow rate supplied to the absorption tower, a pH of the absorption liquid in the absorption tower, or a power generation command signal in the absorption tower. and at least one level of absorbent liquid.
上記(15)の態様によれば、これらのパラメータの少なくとも1つを入力パラメータに含めることで、排煙脱硫プラントが備える吸収塔における吸収液の吸収剤濃度を状態量として好適に予測できる。 According to the aspect (15) above, by including at least one of these parameters in the input parameters, the absorbent concentration of the absorbent in the absorption tower provided in the flue gas desulfurization plant can be suitably predicted as a state quantity.
(16)一態様に係る状態量予測システムは、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムであって、
前記状態量予測装置は、
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
(16) A state quantity prediction system according to one aspect includes:
A state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, and an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device, the system comprising:
The state quantity prediction device includes:
Predictive model creation for creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant Department and
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The predictive model creation unit creates the predictive model by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
上記(16)の態様によれば、前述の各態様に係る状態量予測装置と通信可能な情報処理装置を備える状態量予測システムが実現される。本システムでは、情報処理装置からの要求に応じて状態量予測装置において上記のようにプラントの状態量が予測され、その予測結果が情報処理装置で得ることができる。 According to the aspect (16) above, a state quantity prediction system including an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device according to each of the above-described aspects is realized. In this system, the state quantity prediction device predicts the state quantity of the plant as described above in response to a request from the information processing apparatus, and the prediction result can be obtained by the information processing apparatus.
(17)一態様に係る状態量予測方法は、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測方法であって、
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するステップと、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するステップと、
を備え、
前記予測モデルを作成するステップでは、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
(17) A state quantity prediction method according to one aspect includes:
A state quantity prediction method for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, the method comprising:
creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant;
predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
In the step of creating the predictive model, the predictive model is created by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
上記(17)の態様によれば、プラントで取得された学習データを用いて予測モデルの学習を行う場合に、予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより予測モデルの作成が行われる。一般的に少ない学習データを用いて予測モデルの学習を行った場合、機械学習パラメータの学習が支配的になり、物理パラメータの学習が適切に行えないおそれがある。それに対して本態様では、学習データの数が少ない場合においても、機械学習パラメータが過剰に大きくならないように正則化を施して学習を行うことで、機械学習パラメータの自由度が制限されるとともに、物理パラメータの更新が促進され、過学習を回避して精度のよい予測モデルが得られる。 According to the aspect (17) above, when learning a predictive model using learning data acquired in a plant, the predictive model is trained by regularizing the machine learning parameters of the predictive model. Creation takes place. In general, when a predictive model is trained using a small amount of training data, learning of machine learning parameters becomes dominant, and physical parameter learning may not be performed appropriately. In contrast, in this aspect, even when the number of learning data is small, regularization is performed to prevent machine learning parameters from becoming excessively large, thereby limiting the degree of freedom of machine learning parameters. Updating of physical parameters is promoted, overfitting is avoided and a highly accurate predictive model can be obtained.
(18)一態様に係る状態量予測システムの制御方法は、
機械学習モデル及び物理モデルを含む予測モデルを用いて、入力パラメータに対応するプラントの状態量を予測するための状態量予測装置と通信可能な情報処理装置からなる状態量予測システムの制御方法であって、
前記状態量予測装置は、
前記情報処理装置からの要求の後、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する。
(18) A control method for a state quantity prediction system according to one aspect includes:
A control method for a state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter and an information processing device capable of communicating with each other using a prediction model including a machine learning model and a physical model. hand,
The state quantity prediction device includes:
After the request from the information processing device, the machine learning parameters included in the machine learning model and the physical parameters included in the physical model are learned by using learning data acquired in the plant. a predictive model creation unit for creating a predictive model;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The predictive model creation unit creates the predictive model by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
上記(18)の態様によれば、前述の各態様に係る状態量予測装置と通信可能な情報処理装置を備える状態量予測システムが制御される。状態量予測装置は、情報処理装置からの要求に応じて状態量予測方法を実施することで上記のようにプラントの状態量を予測し、その予測結果が情報処理装置で得ることができる。 According to the aspect (18) above, a state quantity prediction system including an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device according to each of the above-described aspects is controlled. The state quantity prediction device predicts the state quantity of the plant as described above by implementing the state quantity prediction method in response to a request from the information processing device, and the prediction result can be obtained by the information processing device.
1(1A,1B) 状態量予測装置
4 第1予測値算出部
6 第2予測値算出部
8 状態量予測値算出部
12 入力層
13 中間層
14 出力層
15 第1予測モデル記憶部
16 計測データ取得部
17 第2予測モデル作成部
18 状態量予測部
20 脱硫装置
22 集塵装置
23a,23b 排気通路
24 吸収塔
25 脱硫排ガス管
26 吸収液
28 石灰石フィーダ
30 石灰石
32 水
34 吸収液循環ポンプ
36 吸収液循環配管
38 ノズル
40 抜出管
42 脱水器
46 酸化用空気
50,52,58 濃度センサ
54 流量センサ
56 ボイラ空気流量センサ
60 酸化用空気流量センサ
62 センサ
64 レベルセンサ
DE ニューラルО
Dm 計測データ
M 予測モデル
M1 第1予測モデル
M2 第2予測モデル
MP 物理モデル
MN 機械学習モデル
P1 第1プラント
P2 第2プラント
u 入力パラメータ
x 状態量
1 (1A, 1B) State
Dm Measured data M Prediction model M1 First prediction model M2 Second prediction model M P Physical model M N Machine learning model P1 First plant P2 Second plant u Input parameter x State quantity
Claims (18)
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部と、
第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得部と、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成部と、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する、状態量予測装置。 A state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model,
A first prediction for storing a first prediction model that corresponds to a first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. a model storage section,
a measurement data acquisition unit for acquiring measurement data of the second plant;
a second predictive model creation unit for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
The second predictive model creation unit creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model. Device.
前記状態量は前記吸収塔における前記吸収液の吸収剤濃度である、請求項1又は2に記載の状態量予測装置。 The plant is a flue gas desulfurization plant for desulfurizing the flue gas by bringing an absorption liquid into contact with the flue gas in an absorption tower,
The state quantity prediction device according to claim 1 or 2, wherein the state quantity is an absorbent concentration of the absorption liquid in the absorption tower.
前記状態量予測装置は、
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部と、
前記情報処理装置から要求された後、第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得部と、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成部と、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記第2予測モデル作成部は、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する、状態量予測システム。 A state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, and an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device, the system comprising:
The state quantity prediction device includes:
A first prediction for storing a first prediction model that corresponds to a first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. a model storage section,
a measurement data acquisition unit for acquiring measurement data of the second plant after being requested by the information processing device;
a second predictive model creation unit for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
The second predictive model creation unit creates the second predictive model by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model. system.
第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するステップと、
第2プラントの計測データを取得するステップと、
前記計測データを用いて前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するステップと、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するステップと、
を備え、
前記第2予測モデルを作成するステップでは、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する、状態量予測方法。 A state quantity prediction method for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, the method comprising:
storing a first predictive model that corresponds to a first plant and is the predictive model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned;
a step of acquiring measurement data of the second plant;
creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model using the measurement data;
predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Equipped with
In the step of creating the second predictive model, the second predictive model is created by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model. Volume prediction method.
前記状態量予測装置は、
前記情報処理装置から要求された後、第2プラントの計測データを取得するための計測データ取得ステップと、
前記計測データを用いて、第1プラントに対応し、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータがそれぞれ学習された前記予測モデルである第1予測モデルを記憶するための第1予測モデル記憶部に記憶された前記第1予測モデルを調整することにより、前記第2プラントに対応する前記予測モデルである第2予測モデルを作成するための第2予測モデル作成ステップと、
前記第2予測モデルを用いて、前記第2プラントの前記状態量を予測するための状態量予測ステップと、
を実行し、
前記第2予測モデル作成ステップは、前記第1予測モデル及び前記第2予測モデルの前記機械学習パラメータの差分に正則化を施して学習することにより、前記第2予測モデルを作成する、状態量予測システムの制御方法。 A control method for a state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter and an information processing device capable of communicating with each other using a prediction model including a machine learning model and a physical model. hand,
The state quantity prediction device includes:
a measurement data acquisition step for acquiring measurement data of the second plant after being requested by the information processing device;
Using the measurement data, create a first prediction model that corresponds to the first plant and is the prediction model in which machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model are respectively learned. A second predictive model for creating a second predictive model that is the predictive model corresponding to the second plant by adjusting the first predictive model stored in a first predictive model storage unit for storage. creation step,
a state quantity prediction step for predicting the state quantity of the second plant using the second prediction model;
Run
The second predictive model creation step includes state quantity prediction, in which the second predictive model is created by regularizing and learning the difference between the machine learning parameters of the first predictive model and the second predictive model. How to control the system.
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する、状態量予測装置。 A state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model,
Predictive model creation for creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant Department and
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The predictive model creation unit is a state quantity prediction device that creates the predictive model by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
前記状態量は前記吸収塔における前記吸収液の吸収剤濃度である、請求項10又は11に記載の状態量予測装置。 The plant is a flue gas desulfurization plant for desulfurizing the flue gas by bringing an absorption liquid into contact with the flue gas in an absorption tower,
The state quantity prediction device according to claim 10 or 11, wherein the state quantity is an absorbent concentration of the absorption liquid in the absorption tower.
前記状態量予測装置は、
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する、状態量予測システム。 A state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, and an information processing device capable of communicating with the state quantity prediction device, the system comprising:
The state quantity prediction device includes:
Predictive model creation for creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant Department and
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The prediction model creation unit is a state quantity prediction system that creates the prediction model by regularizing and learning the machine learning parameters of the prediction model.
前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するステップと、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するステップと、
を備え、
前記予測モデルを作成するステップでは、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する、状態量予測方法。 A state quantity prediction method for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter using a prediction model including a machine learning model and a physical model, the method comprising:
creating the predictive model by learning machine learning parameters included in the machine learning model and physical parameters included in the physical model using learning data acquired in the plant;
predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
In the step of creating the predictive model, the predictive model is created by regularizing and learning the machine learning parameters of the predictive model.
前記状態量予測装置は、
前記情報処理装置からの要求の後、前記機械学習モデルに含まれる機械学習パラメータ、及び、前記物理モデルに含まれる物理パラメータを、前記プラントで取得された学習データを用いて学習することにより、前記予測モデルを作成するための予測モデル作成部と、
前記予測モデルを用いて、前記プラントの前記状態量を予測するための状態量予測部と、
を備え、
前記予測モデル作成部は、前記予測モデルのうち前記機械学習パラメータに正則化を施して学習することにより、前記予測モデルを作成する、状態量予測システムの制御方法。 A control method for a state quantity prediction system comprising a state quantity prediction device for predicting a state quantity of a plant corresponding to an input parameter and an information processing device capable of communicating with each other using a prediction model including a machine learning model and a physical model. hand,
The state quantity prediction device includes:
After the request from the information processing device, the machine learning parameters included in the machine learning model and the physical parameters included in the physical model are learned by using learning data acquired in the plant. a predictive model creation unit for creating a predictive model;
a state quantity prediction unit for predicting the state quantity of the plant using the prediction model;
Equipped with
The control method for a state quantity prediction system, wherein the prediction model creation unit creates the prediction model by regularizing and learning the machine learning parameters of the prediction model.
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