KR100867938B1 - Prediction method for watching performance of power plant measuring instrument by dependent variable similarity and kernel feedback - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원자력발전소의 안전감시채널에 사용되는 계측기 성능을 발전소가 운전중인 상태에서 상시 감시하는데 필요한 기술에 관한 것으로, 특히 계측기 상호간의 유사도를 정량화하고, 이 값의 크기를 커널의 가중치 계산에 추가로 적용함으로써 유사도가 큰 계측기신호를 유사도가 작은 계측기신호에 비해 상대적으로 크게 가중하여 기존 커널 회귀법에 비해 예측값 계산의 정확도를 향상시키기에 적당하도록 한 종속변수 유사도와 커널 회귀법을 이용한 발전소 계측기 성능감시용 예측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for monitoring the performance of the instrument used in the safety monitoring channel of a nuclear power plant at all times while the power plant is operating. In particular, the quantification of the similarity between the instruments and the size of the value is added to the kernel weight calculation. For monitoring the performance of power station instrumentation using dependent variable similarity and kernel regression method, the instrument signal with high similarity is weighted relatively large compared to the instrument signal with low similarity, which is suitable for improving the accuracy of prediction calculation compared to the kernel regression method. It relates to a prediction method.
일반적으로 모든 발전설비는 운전성 향상과 안전성 확보를 목적으로 다수의 계측기를 설치하여 실시간으로 신호를 취득하여 발전소 감시계통과 보호계통에 이용하고 있다. 특히 원자력발전소의 안전계통 관련 계측채널들은 계측신호의 정확도 와 신뢰도를 보장하기 위하여 다중 계측기 개념을 채택하고 운영기술지침서 상에서 매 핵주기(약 18개월)마다 점검과 교정을 수행하고 있다. 전 세계적으로 원자력발전소들은 불필요하게 수행되는 계측기 교정업무를 조건 기반 감시(CBM, Condition Based Monitoring) 방법론을 개발하여 점검과 교정주기를 늘리는 기술을 개발하고 있다.In general, all power generation facilities are installed in a number of measuring instruments for the purpose of improving operability and securing safety, and acquire signals in real time and use them in power plant monitoring and protection systems. In particular, in order to guarantee the accuracy and reliability of measuring signals, the safety channels of nuclear power plants adopt the concept of multiple instruments and check and calibrate every nuclear cycle (about 18 months) in the operating technical manual. Nuclear power plants around the world are developing technology to extend inspection and calibration cycles by developing condition-based monitoring (CBM) methodologies for instrument calibration that is performed unnecessarily.
이와 관련된 종래기술에는 "Non-parametric modeling apparatus and method for classification, especially of activity state"(미국특허, 20070010720), "System for monitoring an industrial or biological process"(미국특허, 5774379), "Kernel-based system and method for estimation-based equipment condition monitoring"(미국특허, 20050261837), "Diagnostic systems and methods for predictive condition monitoring"(미국특허, 20060036403), "Method and device for signal analysis, process identification and monitoring of a technical process"(미국특허, 5748508), "Multi-kernel neural network concurrent learning, monitoring, and forecasting system"(미국특허, 6216119), "Kernel regression for image processing and reconstruction"(미국특허, 20070047838), "Analyzer for modeling and optimizing maintenance operations"(미국특허, 6246972) 등이 있다.Related prior arts include "Non-parametric modeling apparatus and method for classification, especially of activity state" (US Patent, 20070010720), "System for monitoring an industrial or biological process" (US Patent, 5774379), "Kernel-based system" and method for estimation-based equipment condition monitoring "(US Patent, 20050261837)," Diagnostic systems and methods for predictive condition monitoring "(US Patent, 20060036403)," Method and device for signal analysis, process identification and monitoring of a technical process (US Pat. No. 5748508), "Multi-kernel neural network concurrent learning, monitoring, and forecasting system" (US Pat. No. 6216119), "Kernel regression for image processing and reconstruction" (US Pat. No. 20070047838), "Analyzer for modeling and optimizing maintenance operations "(US Pat. No. 6246972).
도 1은 일반적인 발전소 계측기의 성능 상시 감시 시스템의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a performance monitoring system of a general power plant instrument.
도 1에서와 같이 계측신호를 예측모델에 입력하면 측정값에 대한 모델의 예측값을 출력한다. 측정값과 예측값의 차이를 판단로직에 입력하고 연속적으로 감시 하면 계측기의 드리프트와 고장을 감지할 수 있다.As shown in FIG. 1, when the measurement signal is input to the predictive model, the predicted value of the model with respect to the measured value is output. The difference between the measured value and the predicted value is entered into the judgment logic and continuously monitored to detect drift and failure of the instrument.
미국 EPRI 사는 1992년도부터 On-Line Monitoring Working Group을 조직하여 ICMP(Instrument Calibration and Monitoring Program)을 개발하였다.Since 1992, EPRI has organized the On-Line Monitoring Working Group to develop an Instrument Calibration and Monitoring Program (ICMP).
ICMP 방법론은 보통 3개 이상의 동일 위치에 동일한 종류의 계측기들로 구성되어진 다중 계측(Redundant Sensor) 채널에서 주어진 계측기 신호와 같은 채널내의 다른 계측기 신호와의 상관도를 측정하여 가중치를 계산하고, 가중 평균법을 이용하여 다중 계측기 신호들의 참값 를 추정한다.The ICMP methodology calculates weights by measuring correlations with other instrument signals in a channel, such as a given instrument signal, in a redundant sensor channel, usually consisting of three or more instruments of the same type at three or more identical locations. True values of multiple instrument signals using Estimate
여기에서 mi는 계측기 I의 신호이고, Ci는 i 번째 신호의 상관도를 나타낸다. Where mi is the signal from instrument I and Ci represents the correlation of the i th signal.
ICMP는 수학식 1을 이용하여 계산된 참값을 다중 계측채널의 측정값과 비교한 절대 차이를 계산하고 허용 기준값을 넘긴 경우, 해당 계측기가 오류가 있는 것으로 판단한다. ICMP는 미국내 Catawba와 V.C. Summer 원자력발전소에 설치되어 성공적으로 운용되고 있으나, 안전 계측채널을 제외한 단일 채널에는 사용할 수 없는 단점이 있으며 다중 채널의 모든 계측기가 동일 방향과 동일한 성능 감쇄율로 계측기 드리프트가 발생하면 이를 사전에 인지할 수 없다.The ICMP calculates an absolute difference obtained by comparing the true value calculated using
Argonne National Laboratory에서는 Multivariate State Estimation Technique (MSET)을 개발하여 미국 특허를 획득했으며 SmartSignal Corporation 및 Expert Microsystems사가 이 특허를 상업적으로 사용할 수 있도록 제품화하였다. Expert Microsystems사는 미국내 Palo Verde, Limerick 1/2, TMI, V.C. Summer, Sequoyah 1, Salem 1 호기에서 MSET을 이용한 제품을 현장에 설치하여 계측채널 온라인 감시를 수행하고 있다. SmartSignal Corporation은 그 후 MSET에 대한 특허를 사용할 수 없어 커널회귀법 기반의 계측기 성능감시기술을 개발하였다.The Argonne National Laboratory developed the Multivariate State Estimation Technique (MSET), obtained US patents, and was commercialized by SmartSignal Corporation and Expert Microsystems for commercial use. Expert Microsystems, Inc. Palo Verde, Limerick 1/2, TMI, V.C. In the Summer, Sequoyah 1 and Salem 1 units, products using MSET are installed on-site to monitor the measuring channel online. Since then, SmartSignal Corporation has not been able to use a patent on MSET, so he developed instrument performance monitoring technology based on kernel regression.
계측기의 예측값을 계산하기 위해 선형 회귀분석법을 가장 일반적으로 사용한다. 이 방법은 예측하고자 하는 계측기 신호와 선형적인 상관관계가 높은 다른 계측기 신호들을 선택하고, 예측값과 측정값의 오차 제곱합이 최소가 되도록 회귀계수를 구하는 방법이다.Linear regression is most commonly used to calculate instrument predictive values. This method selects other instrument signals that have a high linear correlation with the instrument signal to be predicted, and calculates a regression coefficient so that the sum of the error squares of the predicted value and the measured value is minimized.
선형 회귀분석법은 이미 알고 있는 종속변수와 독립변수로 회귀계수가 결정되면 미지의 종속변수에 대한 독립변수를 예측 할 수 있다. 기존 선형 회귀방법론은 종속변수들이 서로 선형적 연관성이 큰 경우, 다중 공선성의 문제가 발생하여 종속변수에 포함된 작은 노이즈에 대해서 독립변수는 커다란 오차가 발생한다.Linear regression analysis can predict independent variables for unknown dependent variables when the regression coefficients are determined by known and independent variables. In the conventional linear regression method, when the dependent variables are linearly related to each other, a problem of multiple collinearity occurs, and a large error occurs in the independent variable for the small noise included in the dependent variable.
커널 회귀법은 기존의 선형 회귀방법론이나 신경회로망과 같이 입력과 출력의 상관관계를 최적화하는 회귀계수나 가중치 같은 매개변수(Parameter)를 사용하 지 않고, 선별된 측정 데이터를 메모리 벡터로 저장하고 측정 신호세트에 대한 메모리벡터내의 훈련데이터 세트의 유크리디안 거리로부터 커널의 가중치를 구하고 이를 메모리벡터에 적용하여 계측기의 예측값을 구하는 비매개변수 회귀법(Non-parametric regression method) 이다. 커널 회귀법과 같은 비매개변수 회귀법은 입출력 관계가 비선형 상태인 모델과 신호잡음에 강인한 장점을 가진다. 다음은 기존 커널 회귀법의 계산절차이다.Kernel regression does not use parameters such as regression coefficients or weights to optimize the correlation between input and output, like conventional linear regression or neural networks. It is a non-parametric regression method that derives the kernel weight from the Euclidean distance of the training data set in the memory vector for the set and applies it to the memory vector. Nonparametric regression methods, such as kernel regression, have robust advantages over models and signal noise where input / output relationships are nonlinear. The following is the calculation procedure of the existing kernel regression method.
1단계 : 훈련 데이터를 행렬의 형태로 표시. Step 1: Display training data in the form of a matrix.
여기에서 X는 메모리 벡터에 저장되는 훈련데이터 행렬, n은 훈련데이터 개수이며 p는 계측기의 번호 Where X is the training data matrix stored in the memory vector, n is the number of training data and p is the instrument number
2단계 : 첫 번째 계측기 신호세트에 대한 훈련데이터의 유크리디안 거리의 합을 구한다.Step 2: Sum the Euclidean distance of the training data for the first instrument signal set.
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여기서 는 훈련데이터이고, 는 테스트데이터(or Query data), trn은 훈련데이터의 번호, 는 계측기의 번호이다.here Is training data, Is the test data, or trn is the number of training data, Is the number of the instrument.
3단계 : 커널함수를 이용하여 각각의 훈련 데이터세트와 주어진 테스트 데이터세트에 대한 가중치를 구한다.Step 3: Using the kernel function, find the weights for each training dataset and a given test dataset.
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여기에서 가중함수로 가우시안 커널을 이용하고 다음과 같이 정의된다.Here we use a Gaussian kernel as the weighting function and it is defined as
4단계 : 테스트 데이터의 예측값은 각 각의 훈련데이터에 가중치를 곱한 후 가중치의 합을 나누어 구한다.Step 4: The predicted value of the test data is obtained by multiplying each training data by the weight and dividing the sum of the weights.
5단계 : 전체 테스트 데이터에 대한 예측값을 구하기 위하여 2단계부터 4단계의 과정을 되풀이한다.Step 5: Repeat
이전의 AAKR 방법은 비선형 상태인 모델과 신호잡음에 강인한 장점을 가지고 있으나, 개별 계측기의 변수간의 중요도를 고려하지 못하므로 계측기 신호간에 선형적 상관관계가 매우 큰 모델에 대해서는 선형 회귀분석법에 비하여 정확도가 떨어진다. The previous method of AAKR has a strong advantage over nonlinear models and signal noise, but it does not consider the importance of the variables of individual instruments, so the accuracy is higher than that of the linear regression method for models with a large linear correlation between instrument signals. Falls.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 계측기 상호간의 유사도를 정량화하고, 이 값의 크기를 커널의 가중치 계산에 추가로 적용함으로써 유사도가 큰 계측기신호를 유사도가 작은 계측기신호에 비해 상대적으로 크게 가중하여 기존 커널 회귀법에 비해 예측값 계산의 정확도를 향상시킬 수 있는 종속변수 유사도와 커널 회귀법을 이용한 발전소 계측기 성능감시용 예측방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to quantify the similarity between the instruments, and to further apply the magnitude of the value to the weight calculation of the kernel. The present invention provides a prediction method for power plant instrument performance monitoring using dependent variable similarity and kernel regression that can improve the accuracy of predictive value calculation compared to the conventional kernel regression method by weighting the signal relatively large compared to the instrument signal having a low similarity.
본 발명의 원자력발전소 안전감시채널에 이용되는 계측기의 성능을 발전소가 운전중인 상태에서 온라인으로 감시하는 목적은 (1) 계측기의 오작동을 실시간으로 감시하여 계측기 신뢰도를 향상시키고, (2) 원자력발전소의 계측기 교정주기를 현재 연료교체 주기 18개월에서 최대 8년으로 늘림으로써 교정비용과 방사선 구역에서의 교정 작업종사자의 방사선 피폭을 저감하고, (3) 불필요한 교정횟수를 줄임으로써 오교정에 의한 발전소 불시정지를 예방하고, (4) 발전소 예방 정지기간을 단축하여 발전소 이용률을 증진하는 것이다. 본 발명은 계측기 상호간의 유사도를 정량화하고, 이 값의 크기를 커널의 가중치 계산에 추가로 적용함으로써 유사도가 큰 계측기신호를 유사도가 작은 계측기신호에 비해 상대적으로 크게 가중하여 기존 커널회귀법에 비해 예측값 계산의 정확도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.The purpose of monitoring the performance of the measuring instrument used in the nuclear power plant safety monitoring channel of the present invention online while the power plant is operating is to (1) monitor the malfunction of the measuring instrument in real time to improve the reliability of the measuring instrument, and (2) Increase instrument calibration intervals from 18 months up to eight years in current fuel replacement cycles to reduce calibration costs and radiation exposure of calibration workers in the radiation zone, and (3) reduce plant outages due to miscalibration by reducing unnecessary calibrations. And (4) shorten the duration of plant outages to increase plant utilization. The present invention quantifies the similarity between instruments, and further applies the magnitude of the value to the kernel weight calculation to calculate the predicted value compared to the conventional kernel regression method by weighting the instrument signal with high similarity relatively large compared to the instrument signal with small similarity. The purpose is to improve the accuracy of the.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 종속변수 유사도와 커널 회귀법을 이용한 발전소 계측기 성능감시용 예측방법을 보인 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for predicting performance monitoring of a power plant instrument using dependent variable similarity and kernel regression according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 훈련 데이터를 행렬의 형태로 표시하는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계 후 첫 번째 테스트 데이터에 대한 훈련데이터와의 유크리디안 거리의 합을 구하는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계 후 훈련데이터를 이용하여 각 계측기 신호간의 선형적 관련성을 나타내는 유사도(Similarity)를 계산하고 정규화하는 제 3 단계(ST3)와; 상기 제 3 단계 후 첫번째 테스트 데이터에 대한 훈련데이터와의 유크리디안 거리를 개별적으로 구하는 제 4 단계(ST4)와; 상기 제 4 단계 후 계측기 신호간의 중요도를 고려하기 위하여 유사도 행렬을 유크리디안 거리의 행렬에 가중하는 제 5 단계(ST5)와; 상기 제 5 단계 후 커널함수를 이용하여 각각의 훈련데이터에 대하여 주어진 테스트 데이터에 대한 가중치를 구하는 제 6 단계(ST6)와; 상기 제 6 단계 후 주어진 첫번째 테스트 데이터의 예측값은 훈련데이터에 각각의 가중치를 곱하여 구하는 제 7 단계(ST7)와; 상기 제 7 단계 후 전체 테스트 데이터에 대한 예측값을 구할 때까지 제 3 단계부터 제 7 단계의 과정을 되풀이하는 제 8 단계(ST8);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.As shown therein, a first step ST1 of displaying training data in the form of a matrix; A second step (ST2) of obtaining a sum of Euclidean distances with the training data for the first test data after the first step; A third step (ST3) of calculating and normalizing similarity representing a linear relationship between the signals of each instrument using the training data after the second step; A fourth step (ST4) of separately obtaining a Euclidean distance from the training data for the first test data after the third step; A fifth step (ST5) of weighting a similarity matrix to a matrix of Euclidean distances in order to take into account the importance between instrument signals after the fourth step; A sixth step (ST6) of obtaining weights for the given test data for each training data using the kernel function after the fifth step; A seventh step (ST7) of obtaining the predicted value of the first test data given after the sixth step by multiplying the training data by respective weights; And an eighth step (ST8) of repeating the process of the third step to the seventh step until the prediction value for the entire test data is obtained after the seventh step.
본 발명에 의한 종속변수 유사도와 커널 회귀법을 이용한 발전소 계측기 성능감시용 예측방법은 계측기 상호간의 유사도를 정량화하고, 이 값의 크기를 커널의 가중치 계산에 추가로 적용함으로써 유사도가 큰 계측기신호를 유사도가 작은 계측기신호에 비해 상대적으로 크게 가중하여 기존 커널 회귀법에 비해 예측값 계산의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.In the present invention, a method for predicting the performance of power plant instrumentation using the dependent variable similarity and the kernel regression method quantifies the similarity between the instruments, and applies the magnitude of the value to the kernel weight calculation to add the similarity to the instrument signal having high similarity. It is weighted relatively large compared to the small instrument signal, and thus, it is possible to improve the accuracy of prediction calculations compared to the conventional kernel regression method.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 종속변수 유사도와 커널 회귀법을 이용한 발전소 계측기 성능감시용 예측방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.Referring to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the method for predicting the performance monitoring of power plant instrument performance using the dependent variable similarity and kernel regression according to the present invention configured as described above is as follows. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intention or precedent of a user or an operator, and thus, the meaning of each term should be interpreted based on the contents throughout the present specification. will be.
먼저 본 발명은 선별된 발전소 측정데이터를 메모리 벡터에 저장하고, 측정 신호세트에 대한 메모리벡터내의 훈련데이터 세트의 유크리디안 거리로부터 커널의 가중치를 구하고 이를 메모리벡터에 적용하여 계측기의 예측값을 구하는 기존 커널 회귀법의 정확도 향상에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 계측기 상호간의 유사도를 정량화하고, 이 값의 크기를 커널의 가중치 계산에 추가로 적용함으로써 유사도가 큰 계측기신호를 유사도가 작은 계측기신호에 비해 상대적으로 크게 가중하여 기존 커널 회귀법에 비해 예측값 계산의 정확도를 향상시킨다.First, the present invention stores the selected power plant measurement data in a memory vector, calculates the weight of the kernel from the Euclidean distance of the training data set in the memory vector for the measurement signal set, and applies the same to the memory vector to obtain the predicted value of the instrument. It is about improving the accuracy of kernel regression. To this end, the present invention quantifies the similarity between instruments, and further applies the magnitude of the value to the kernel weight calculation to weight the instrument signal with high similarity to the instrument signal with small similarity, compared to the conventional kernel regression method. Improve the accuracy of predictive value calculation.
기존 커널 회귀법은 훈련데이터와 테스터데이터의 유크리디안 거리만을 이용 하여 가중치를 계산하고, 이를 훈련데이터에 가중하여 테스트데이터의 예측값을 계산한다. 그러나 본 발명은 가중치 계산에 유크리디안 거리뿐만 아니라 계측기 신호간의 유사도를 포함하여 예측치 계산의 정확도를 향상시켰다. The conventional kernel regression method calculates weights using only the Euclidean distances of the training data and the tester data, and calculates the weights of the training data to predict the test data. However, the present invention improves the accuracy of the prediction calculation by including the similarity between the instrument signals as well as the Euclidean distance in the weight calculation.
두 계측기 신호간의 상관도 혹은 유사도를 계산하는 방법이 여러 방법이 있으며 대표적으로 Pearson 방법과 Spearman 방법이 있다.There are several ways to calculate the correlation or similarity between two instrument signals, and Pearson and Spearman methods are representative.
첫 번째는 두 신호간의 공산을 이용하여 구하는 방법 Pearson 방법이 있다.The first method is the Pearson method, which uses the communism between two signals.
다음은 Spearman 방법이 있다.Here is the Spearman method.
여기에서 rank(xi)는 i번째 계측기 신호값을 크기의 순으로 정렬한 것이다. Where rank (x i ) is the order of the i-th instrument signal in order of magnitude.
도 3은 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위해 Pearson 법과 Spearman 법을 이용하여 정리한 표이다.3 is a table summarized using the Pearson method and the Spearman method for the similarity analysis performance test used in the present invention.
또한 도 4는 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위한 정선형 데이터이고, 도 5는 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위한 역선형 데이터이며, 도 6은 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위한 비선형 데이터이다.In addition, Figure 4 is a linear data for the similarity analysis performance test used in the present invention, Figure 5 is a reverse linear data for the similarity analysis performance test used in the present invention, Figure 6 is a similarity analysis performance used in the present invention Nonlinear data for testing.
그래서 두 방법의 유사도 분석성능을 테스트하기 위하여 도 4, 도 5 및 도 6과 같은 세 가지 유형의 데이터를 이용하였다.Thus, three types of data such as FIGS. 4, 5, and 6 were used to test the similarity analysis performance of the two methods.
Pearson 방법과 Spearman 방법은 두 신호간의 특성이 선형 관계인 경우에 대해서 정확한 상관도를 측정할 수 있다. 그러나 도 6과 같이 두 계측기의 신호가 비선형적인 관련성이 있는 경우 Pearson 방법에 비하여 Spearman 방법이 보다 정확한 상관도를 계산할 수 있다. 따라서 본 발명은 계측기간의 상호 유사도를 계산하기 위하여 Spearman 방법을 이용하였다.The Pearson method and the Spearman method can measure the exact correlation when the characteristics of the two signals are linear. However, as shown in FIG. 6, when the signals of two instruments are nonlinearly related, the Spearman method may calculate a more accurate correlation than the Pearson method. Therefore, the present invention uses the Spearman method to calculate the mutual similarity of the measurement periods.
- 1단계 훈련 데이터를 행렬의 형태로 표시1st stage training data in matrix form
여기에서 X는 훈련데이터 행렬, n은 훈련데이터 번호, p는 계측기의 번호 Where X is the training data matrix, n is the training data number, and p is the instrument number
- 2단계 첫번째Test data에 대한 훈련데이터와의 유크리디안 거리의 합을 구한다.-
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여기서 는 훈련데이터이고, 는 테스트데이터, trn은 훈련데이터의 개수, 는 계측기의 번호이다.here Is training data, Is the test data, trn is the number of training data, Is the number of the instrument.
- 3단계 훈련데이터를 이용하여 각 계측기 신호간의 선형적 관련성을 나타내는 유사도(Similarity)를 계산하고 정규화한다. si,j 는 i번 계측기와 j번 계측기의 유사도를 나타낸다. 이 값의 절대 값이 1에 가까울수록 두 계측신호간의 유사도가 크며, 0에 가까울수록 두 계측신호의 유사도는 작다. Calculate and normalize the similarity representing the linear relationship between each instrument signal using the three-stage training data. s i, j represents the similarity between the meter i and the meter j. The closer the absolute value of this value is to 1, the greater the similarity between the two measurement signals. The closer to 0, the smaller the similarity between the two measurement signals.
따라서 전체 계측기 신호에 대한 유사도 행렬은 다음과 같다.Thus, the similarity matrix for the entire instrument signal is
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- 4단계 : 첫번째 테스트데이터에 대한 훈련데이터와의 유크리디안 거리를 개별적으로 구한다.Step 4: Find the Euclidean distance separately from the training data for the first test data.
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- 5단계 계측기 신호간의 중요도를 고려하기 위하여 유사도 행렬을 유크리디 안 거리의 행렬에 가중한다. The similarity matrix is weighted to the matrix of Euclidean distance to consider the importance between the five-stage instrument signals.
첫번째 훈련데이터에 대하여About the first training data
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trn번째 Train data set에 대하여About the trnth Train data set
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따라서 새롭게 구해진 유크리디안 거리 행렬은 다음과 같다.Therefore, the newly obtained Euclidean distance matrix is
- 6단계 커널함수를 이용하여 각각의 훈련데이터에 대하여 주어진 테스트 데이터에 대한 가중치를 구한다.Calculate the weight of the given test data for each training data using the 6-stage kernel function.
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따라서 가중함수는 다음과 같다.Therefore, the weighting function is
- 7단계 주어진 첫번째 테스트 데이터의 예측값은 훈련데이터에 각각의 가중 치를 곱하여 구한다.
여기에서From here
..
..
- 8단계 전체 테스트 데이터에 대한 예측값을 구하기 위하여 3단계부터 7단계의 과정을 되풀이한다.-
본 발명의 효과와 새로운 방법론의 우수성을 확인하기 위하여 실제 원자력발전소의 출력을 75%에 100%로 상승중에 2차 계통에서 측정한 계측기 신호데이터를 이용하여 기존 방법론과 비교하여 하였다.In order to confirm the effectiveness of the present invention and the superiority of the new methodology, the output of the actual nuclear power plant was increased from 75% to 100%, and compared with the existing methodology using the measurement signal data measured in the secondary system.
도 7은 종래의 커널 회귀법과 본 발명의 계측기 예측값의 정확도를 비교한 표이다.7 is a table comparing the accuracy of the conventional kernel regression method and the predicted instrument value of the present invention.
도 7에서와 같이, 분석에 사용된 데이터는 다음과 같은 총 11개의 센서에 측정된 값이다.As shown in FIG. 7, the data used in the analysis are measured values for a total of 11 sensors as follows.
- 1~2 증기 유량 (klb/hr) -1-2 steam flow rates (klb / hr)
- 3~6 협역 증기발생기 수위 (%) -3 ~ 6 narrow steam generator level (%)
- 7 증기발생기내 압력 (psi gauge) -7 psi gauge in steam generator
- 8 광역 증기발생기 수위 (%) -8 wide steam generator water level (%)
- 9~10 주급수관 유량 (klb/hr) -9 ~ 10 main water pipe flow rate (klb / hr)
- 11 터빈 출력 -11 turbine outputs
도 8은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 증기유량 데이터이고, 도 9는 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 협역 수위 데이터이며, 도 10은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 압력 데이터이고, 도 11은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 광역 수위 데이터이며, 도 12는 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 주급수관 유량 데이터이고, 도 13은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 터빈유량 데이터이다.FIG. 8 is a nuclear power plant steam generator steam flow rate data for the accuracy test of the present invention in FIG. 7, FIG. 9 is a nuclear power plant steam generator narrow water level data for the accuracy test of the present invention in FIG. 7, and FIG. Nuclear power plant steam generator pressure data for the accuracy test of the present invention, Figure 11 is a nuclear power plant steam generator wide-range water level data for the accuracy test of the present invention in Figure 7, Figure 12 is for the accuracy test of the invention in Figure 7 Nuclear power plant steam generator main water pipe flow rate data, Figure 13 is a nuclear power plant steam generator turbine flow rate data for the accuracy test of the present invention in FIG.
정확도는 예측 모델을 운전감시에 적용하는데 있어 가장 기본적인 척도가 된 다. 대부분 정확도는 모델 예측값과 실제 측정값의 평균 자승오차로 나타낸다. 다음은 한 개의 계측기에 대한 정확도를 나타내는 수식이다.Accuracy is the most basic measure of applying predictive models to driving surveillance. Most of the accuracy is expressed as the mean square error between the model predictions and the actual measurements. The following formula shows the accuracy of a single instrument.
수학식 20에 의해 구한 정확도를 대입한 결과를 도 7의 표에 보였다.The result of substituting the accuracy calculated by (20) is shown in the table of FIG.
그래서 본 발명은 계측기 상호간의 유사도를 정량화하고, 이 값의 크기를 커널의 가중치 계산에 추가로 적용함으로써 유사도가 큰 계측기신호를 유사도가 작은 계측기신호에 비해 상대적으로 크게 가중하여 기존 커널 회귀법에 비해 예측값 계산의 정확도를 향상시키게 되는 것이다.Therefore, the present invention quantifies the similarity between the instruments, and further applies the magnitude of the value to the kernel weight calculation, thereby weighting the instrument signal with high similarity relatively large compared to the instrument signal with small similarity and predicting the value compared with the conventional kernel regression method. This will improve the accuracy of the calculation.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.Although the above has been described as being limited to the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited thereto and various changes, modifications, and equivalents may be used. Therefore, the present invention can be applied by appropriately modifying the above embodiments, it will be obvious that such application also belongs to the scope of the present invention based on the technical idea described in the claims below.
도 1은 일반적인 발전소 계측기의 성능 상시 감시 시스템의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a performance monitoring system of a general power plant instrument.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 종속변수 유사도와 커널 회귀법을 이용한 발전소 계측기 성능감시용 예측방법을 보인 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for predicting performance monitoring of a power plant instrument using dependent variable similarity and kernel regression according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위해 Pearson 법과 Spearman 법을 이용하여 정리한 표이다.3 is a table summarized using the Pearson method and the Spearman method for the similarity analysis performance test used in the present invention.
도 4는 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위한 정선형 데이터이다.4 is a linear data for a similarity analysis performance test used in the present invention.
도 5는 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위한 역선형 데이터이다.5 is inverse data for the similarity analysis performance test used in the present invention.
도 6은 본 발명에서 사용하는 유사도 분석 성능테스트를 위한 비선형 데이터이다.6 is nonlinear data for a similarity analysis performance test used in the present invention.
도 7은 종래의 커널 회귀법과 본 발명의 계측기 예측값의 정확도를 비교한 표이다.7 is a table comparing the accuracy of the conventional kernel regression method and the predicted instrument value of the present invention.
도 8은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 증기유량 데이터이다.8 is a nuclear power plant steam generator steam flow rate data for the accuracy test of the present invention in FIG.
도 9는 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 협역 수위 데이터이다.9 is a nuclear power plant steam generator narrow level data for the accuracy test of the present invention in FIG.
도 10은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 압력 데이터이다.10 is a nuclear power plant steam generator pressure data for the accuracy test of the present invention in FIG.
도 11은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 광역 수위 데이터이다.FIG. 11 is a nuclear power plant steam generator wide-range water level data for the accuracy test of the present invention in FIG.
도 12는 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 주급수관 유량 데이터이다.FIG. 12 is a nuclear power plant steam generator main water pipe flow rate data for the accuracy test of the present invention in FIG.
도 13은 도 7에서 본 발명의 정확도 테스트를 위한 원자력발전소 증기발생기 터빈유량 데이터이다.13 is a nuclear power plant steam generator turbine flow rate data for the accuracy test of the present invention in FIG.
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