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KR102311857B1 - Prediction System for preheating time of gas turbine - Google Patents

Prediction System for preheating time of gas turbine Download PDF

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Publication number
KR102311857B1
KR102311857B1 KR1020190116696A KR20190116696A KR102311857B1 KR 102311857 B1 KR102311857 B1 KR 102311857B1 KR 1020190116696 A KR1020190116696 A KR 1020190116696A KR 20190116696 A KR20190116696 A KR 20190116696A KR 102311857 B1 KR102311857 B1 KR 102311857B1
Authority
KR
South Korea
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gas turbine
preheating time
data
time
server
Prior art date
Application number
KR1020190116696A
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Korean (ko)
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KR20210034846A (en
Inventor
봉승남
오찬진
Original Assignee
한국서부발전 주식회사
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 가스터빈의 예열 시간을 예측하여 가스터빈을 효율적으로 관리할 수 있는 가스터빈 예열시간 예측 시스템에 관한 것이다.
일례로, 가스터빈의 예열시간을 예측하는 서버; 및 상기 서버와 유선 통신망을 통해 연결되어, 상기 서버에서 예측된 예열시간을 전송 받는 운영자 단말기;를 포함하고, 상기 서버는 가스터빈의 파이프 온도데이터와 외기 온도데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부에서 수집된 데이터를 분석하여 예열시간을 예측하는 데이터 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 예열시간 예측 시스템을 개시한다.
The present invention relates to a gas turbine preheating time prediction system capable of efficiently managing a gas turbine by predicting the preheating time of the gas turbine.
In one example, a server for predicting the preheating time of the gas turbine; and an operator terminal connected to the server through a wired communication network and receiving the preheating time predicted by the server, wherein the server includes a data collection unit configured to collect pipe temperature data and outdoor temperature data of a gas turbine; Disclosed is a gas turbine preheating time prediction system, characterized in that it comprises a data analysis unit for predicting the preheating time by analyzing the data collected by the data collection unit.

Description

가스터빈 예열시간 예측 시스템{Prediction System for preheating time of gas turbine}Prediction System for preheating time of gas turbine

본 발명은 가스터빈 예열시간 예측 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine preheating time prediction system.

복합발전소는 가스터빈을 계획적으로 기동과 정지를 한 사이클로 하여 이를 반복하여 운전한다. 이러한 복합발전소에서 가스터빈의 기동 시간은 미리 계획되어 있으며, 계획된 시간에 가스터빈을 정상기동 되도록 예열을 시작한다. 한편, 운전 중인 복합발전소의 경우 가스터빈의 예열에 소모되는 시간을 예측하는 시스템이 없으며, 운전자가 경험적으로 예열시간을 예측하여 기동 준비를 한다. 이와 같이, 가스터빈의 기동 전 예열을 시작하는 시간은 기존에 예열에 소모된 최대 시간 이전부터 시작하여 계획된 기동 시간까지 계속하여 예열을 유지하게 된다. 따라서, 예열이 완료된 시간부터 실제 기동시간까지 계속 예열을 하므로 불필요한 연료 자원이 소모되게 된다. 따라서, 복합발전소에서 가스터빈의 예열 시간을 효율적으로 관리할 수 있는 시스템이 요구된다.A combined cycle power plant operates a gas turbine repeatedly with one cycle of starting and stopping. In such a combined cycle power plant, the start time of the gas turbine is planned in advance, and preheating is started so that the gas turbine is normally started at the planned time. On the other hand, in the case of a combined cycle power plant in operation, there is no system for predicting the time consumed for preheating the gas turbine, and the driver prepares for starting by predicting the preheating time empirically. In this way, the time for starting preheating before starting the gas turbine starts before the maximum time consumed for preheating and continues to maintain preheating until the planned start time. Accordingly, since preheating is continued from the time when the preheating is completed to the actual start time, unnecessary fuel resources are consumed. Accordingly, there is a need for a system capable of efficiently managing the preheating time of a gas turbine in a combined cycle power plant.

본 발명은 가스터빈의 예열 시간을 예측하여 가스터빈을 효율적으로 관리할 수 있는 가스터빈 예열시간 예측 시스템을 제공한다.The present invention provides a gas turbine preheating time prediction system capable of efficiently managing a gas turbine by predicting the preheating time of the gas turbine.

본 발명에 의한 가스터빈 예열시간 예측 시스템은 가스터빈의 예열시간을 예측하는 서버; 및 상기 서버와 유선 통신망을 통해 연결되어, 상기 서버에서 예측된 예열시간을 전송 받는 운영자 단말기;를 포함하고, 상기 서버는 가스터빈의 파이프 온도데이터와 외기 온도데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부에서 수집된 데이터를 분석하여 예열시간을 예측하는 데이터 분석부를 포함할 수 있다.A gas turbine preheating time prediction system according to the present invention includes: a server for predicting a gas turbine preheating time; and an operator terminal connected to the server through a wired communication network and receiving the preheating time predicted by the server, wherein the server includes a data collection unit configured to collect pipe temperature data and outdoor temperature data of a gas turbine; It may include a data analysis unit for predicting the preheating time by analyzing the data collected by the data collection unit.

상기 데이터 분석부는 외기 온도, 습도, 가스터빈의 각 파이프의 온도를 포함한 변동계수를 이용하여 가스터빈의 예열시간을 예측할 수 있다.The data analyzer may predict the preheating time of the gas turbine by using a coefficient of variation including the outside air temperature, humidity, and temperature of each pipe of the gas turbine.

상기 데이터 분석부는 PLS(Projection to Latent Structures, Partial Least Square) 기법을 사용하여 상기 변동계수들의 상관관계를 분석함으로써 가스터빈의 예열시간을 예측할 수 있다.The data analyzer may predict the preheating time of the gas turbine by analyzing the correlation between the coefficients of variation using a Projection to Latent Structures, Partial Least Square (PLS) technique.

상기 데이터 분석부는 가스터빈의 기동 종료 후부터 다시 예열 시작까지의 시간에 따라서 cold start 또는 warm start로 구분하여 분석할 수 있다.The data analyzer may classify and analyze a cold start or a warm start according to a time from when the start of the gas turbine ends to the start of preheating again.

상기 데이터 분석부는 예측된 예열시간과 실제 소요된 예열시간을 비교하여 오차를 측정하고, 상기 오차에 대한 분석을 수행할 수 있다.The data analyzer may measure an error by comparing the predicted preheating time with the actual preheating time, and analyze the error.

상기 운영자 단말기는 상기 서버에서 전송하는 예측시간을 화면에 표시하여 운영자에게 보여주는 모니터를 더 포함할 수 있다.The operator terminal may further include a monitor for displaying the predicted time transmitted from the server on the screen to the operator.

상기 서버는 상기 모니터를 통해 실시간으로 예측된 예열시간, 수동 예측 시간, 기 수행된 예열 시간의 구간별 정보를 운영자에게 제공할 수 있다.The server may provide the operator with information for each section of the preheating time predicted in real time, the manual prediction time, and the preheating time performed in real time through the monitor.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템은 가스터빈의 파이프 온도데이터와 기상데이터에 대한 빅데이터를 활용하여 가스터빈의 예열시간을 예측할 수 있으므로, 가스터빈을 효율적으로 관리하여 경쟁력을 향상시킬 수 있다. The gas turbine preheating time prediction system according to an embodiment of the present invention can predict the preheating time of a gas turbine by using big data on the pipe temperature data and meteorological data of the gas turbine. can be improved

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템은 예측 시간과 실제 소요 시간의 오차를 분석하고 오차 발생 원인을 찾아 이를 해결함으로써, 예측 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the gas turbine preheating time prediction system according to an embodiment of the present invention can improve the reliability of the prediction system by analyzing the error between the predicted time and the actual required time, and finding the cause of the error and solving it.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템에서 예측 분석 시 데이터의 전처리 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템에서 사용한 예측 기법의 검증을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 운영자 단말기의 모니터에 표시된 화면을 캡쳐한 도면이다.
도 6은 서버에서 예측한 시간과 실제 소요된 시간을 비교한 그래프이다.
도 7은 예측 시간과 실제 소요 시간 사이의 오차에 대한 기여도를 나타낸 차트이다.
1 is a schematic diagram illustrating a gas turbine preheating time prediction system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a gas turbine preheating time prediction system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a data pre-processing method during predictive analysis in the gas turbine preheating time prediction system according to the present invention.
4 is a graph for explaining the verification of the prediction technique used in the gas turbine preheating time prediction system according to the present invention.
5 is a diagram illustrating a screen capture displayed on a monitor of an operator terminal.
6 is a graph comparing the time predicted by the server and the time actually spent.
7 is a chart showing the contribution to the error between the predicted time and the actual required time.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. Also, like reference numerals in the drawings refer to like elements. As used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of those listed items.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템을 도시한 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템을 도시한 블록도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a gas turbine preheating time prediction system according to an embodiment of the present invention. 2 is a block diagram illustrating a gas turbine preheating time prediction system according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템(100)은 서버(110), 운영자 단말기(130) 및 서버(110)와 운영자 단말기(130)를 연결하며 정보를 주고 받는 유선 통신망(120)을 포함한다. 본 발명은 발전설비 중 가스터빈(10)의 예열 시간을 예측하기 위한 예측 시스템이다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 예열 시간 예측 시스템(100)은 가스터빈(10)의 파이프 온도데이터와 기상데이터에 대한 빅데이터를 활용하여 가스터빈 예열시간에 관련한 다변량 분석을 수행할 수 있다. 1 and 2 , the gas turbine preheating time prediction system 100 according to an embodiment of the present invention connects the server 110 , the operator terminal 130 , and the server 110 and the operator terminal 130 . and a wired communication network 120 for exchanging information. The present invention is a prediction system for predicting the preheating time of the gas turbine (10) among power generation facilities. In particular, the gas turbine preheating time prediction system 100 according to an embodiment of the present invention performs multivariate analysis related to the gas turbine preheating time by utilizing big data on the pipe temperature data and weather data of the gas turbine 10 . can

상기 서버(110)는 유선 통신망(120)을 통해 예측된 예열 완료 시간, 기존에 소요된 예열 시간, 단계별 소요된 예열 시간에 대한 정보를 운영자 단말기(130)에 전송할 수 있다. The server 110 may transmit information on the predicted preheating completion time, the previously consumed preheating time, and the preheating time required for each step to the operator terminal 130 through the wired communication network 120 .

상기 유선 통신망(120)은 네트워크 통신망으로 구현될 수 있으며, TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 등의 인터넷 프로토콜에 따라서 데이터 통신이 이루어질 수 있다. 이러한 유선 통신망(120)은 서버(110)와 운영자 단말기(130) 사이의 데이터를 전송할 수 있다. The wired communication network 120 may be implemented as a network communication network, and data communication may be performed according to an Internet protocol such as Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). The wired communication network 120 may transmit data between the server 110 and the operator terminal 130 .

상기 운영자 단말기(130)는 연산이 가능한 단말기로, 운영자마다 각각 할당되어 여러 개로 구성될 수 있다. 상기 운영자 단말기(130)는 제1단말기 내지 제n단말기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도면에서 운영자 단말기(130)는 데스크탑 PC인 것으로 도시하였으나, 상기 운영자 단말기(130)는 노트북 컴퓨터를 포함할 수 있다. 운영자 단말기(130)는 서버(110)로부터 예측된 예열 완료 시간, 기존에 소요된 예열 시간, 단계별 소요된 예열 시간에 대한 정보를 실시간으로 수신하여 모니터(131)에 표시할 수 있다. 따라서, 운영자가 운영자 단말기(130)에 표시된 정보를 확인하여 가스터빈(10)의 효율적인 운영을 할 수 있게 된다. 또한, 운영자 단말기(130)는 운영자의 입력을 받는 입력부(132)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 입력부(132)는 키보드, 마우스 등으로 이루어질 수 있다. 운영자는 상기 입력부(132)를 통해 예측하기 위한 정보를 입력할 수 있다. 구체적으로, 운영자가 상기 입력부(132)를 통해 예정된 예열 시작 시간에 예상되는 가스터빈 파이프의 온도 및 외기 온도를 입력할 수 있다. 또한, 상기 입력부(132)를 통해 입력된 정보는 유선 통신망(120)을 통해 서버(110)로 전송될 수 있다. The operator terminal 130 is a terminal capable of arithmetic, and may be configured in plurality by being assigned to each operator. The operator terminal 130 may include a first terminal to an n-th terminal. For example, although the operator terminal 130 is illustrated as a desktop PC in the drawing, the operator terminal 130 may include a notebook computer. The operator terminal 130 may receive information on the predicted preheating completion time, the previously consumed preheating time, and the preheating time required for each step from the server 110 in real time and display it on the monitor 131 . Accordingly, the operator can efficiently operate the gas turbine 10 by checking the information displayed on the operator terminal 130 . Also, the operator terminal 130 may further include an input unit 132 for receiving an operator's input. For example, the input unit 132 may be formed of a keyboard, a mouse, or the like. The operator may input information for prediction through the input unit 132 . Specifically, the operator may input the temperature of the gas turbine pipe and the outside air temperature expected at the predetermined preheating start time through the input unit 132 . Also, information input through the input unit 132 may be transmitted to the server 110 through the wired communication network 120 .

상기 서버(110)는 하드디스크 드라이브(HDD: Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive) 등과 같은 메모리를 구비한 데이터베이스이다. 상기 서버(110)는 가스터빈(10)의 예열 시간에 대한 정보를 수집하고, 이를 분석하여 분석 결과를 운영자 단말기(130)에 전송한다. 이러한 서버(110)는 하드웨어적으로는 통상적인 웹 서버와 동일한 구성을 가지며, 소프트웨어적으로는 C, C++, Java, Visual Basic, Visual C 등과 같은 다양한 형태의 언어를 통해 구현되어 여러 가지 기능을 하는 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. 상기 서버(110)는 데이터 수집부(111) 및 데이터 분석부(112)를 포함한다. The server 110 is a database having a memory such as a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), and the like. The server 110 collects information on the preheating time of the gas turbine 10 , analyzes it, and transmits the analysis result to the operator terminal 130 . In terms of hardware, the server 110 has the same configuration as a typical web server, and in terms of software, it is implemented through various types of languages such as C, C++, Java, Visual Basic, Visual C, etc. to perform various functions. It may contain program modules. The server 110 includes a data collection unit 111 and a data analysis unit 112 .

상기 데이터 수집부(111)는 다수의 센서로부터 가스터빈(10)의 정보를 전송 받아 저장한다. 예를 들어, 데이터 수집부(111)는 센서에서 측정된 정보를 분산형 제어시스템(DCS: Distributed Control System)으로부터 OPC(OLE for Process Control) 통신방식을 통해 전송 받아 각종 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 상기 데이터 수집부(111)는 다수의 센서로부터 가스터빈 파이프의 온도, 외기 온도, 습도 등과 같은 데이터를 전송 받을 수 있다. The data collection unit 111 receives and stores information of the gas turbine 10 from a plurality of sensors. For example, the data collection unit 111 may receive information measured by the sensor from a Distributed Control System (DCS) through an OLE for Process Control (OPC) communication method and store various data. In addition, the data collection unit 111 may receive data such as a temperature of a gas turbine pipe, an outdoor temperature, and a humidity from a plurality of sensors.

상기 데이터 분석부(112)는 데이터 수집부(111)에 저장된 데이터를 이용하여, 가스터빈(10)의 예열 완료 시간을 예측하는 예측 분석을 수행한다. 구체적으로, 상기 데이터 분석부(112)는 각각의 가스터빈 파이프의 온도, 외기 온도, 습도 등을 포함한 변동 계수를 이용하여 가스터빈(10)을 예열하는데 소요되는 시간을 예측하는 예측 분석을 수행할 수 있다. The data analysis unit 112 performs predictive analysis of predicting the preheating completion time of the gas turbine 10 by using the data stored in the data collection unit 111 . Specifically, the data analysis unit 112 performs predictive analysis to predict the time it takes to preheat the gas turbine 10 by using the coefficient of variation including the temperature, outside air temperature, humidity, etc. of each gas turbine pipe. can

예를 들어, 데이터 분석부(112)는 다변량 분석 기법을 통하여 가스터빈(10)을 예열하는 데 소요되는 예열 완료 시간을 예측할 수 있다. 본 발명에서 사용된 다변량 분석 기법은 PLS(Projection to Latent Structures, Partial Least Square) 기법을 사용한다. PLS 기법의 기본 아이디어는 다량의 변수들의 상관관계를 분석하는데 변수들을 차원축소(Dimension reduction)하여 분석하는 것이다. 차원축소란 정보의 손실을 최소화하는 형태로 변수간의 선형 결합을 하여 변수의 수를 줄여 분석자가 분석을 용이하게 하는 알고리즘이다. 여기서 변수의 수를 줄이는 것은 변수를 제거하는 것이 아닌 선형결합을 통해 새로운 변수, 즉 새로운 축을 도출하는 것이다. 이러한 분석 개념인 차원축소는 PCA(Principal Component Analysis, 주성분 분석) 기법과 유사하다. PLS와 PCA 두 기법 모두 변수들 간의 상관관계를 분석하고 차원을 축소하지만 PLS 기법은 목적변수를 지정하고 목적변수의 값을 예측하는 점에서 PCA 기법과 차이가 있다.For example, the data analysis unit 112 may predict a preheating completion time required to preheat the gas turbine 10 through a multivariate analysis technique. The multivariate analysis technique used in the present invention uses a Projection to Latent Structures, Partial Least Square (PLS) technique. The basic idea of the PLS technique is to analyze the correlation of a large number of variables by dimensional reduction. Dimensional reduction is an algorithm that reduces the number of variables by linearly combining variables in a form that minimizes information loss and facilitates analysis by analysts. Reducing the number of variables here is not removing the variables, but deriving a new variable, that is, a new axis through linear combination. This analysis concept, dimensionality reduction, is similar to PCA (Principal Component Analysis) technique. Both PLS and PCA techniques analyze correlations between variables and reduce dimensions, but the PLS technique differs from the PCA technique in that it specifies an objective variable and predicts the value of the objective variable.

PLS 기법에서 상관관계 분석은 각 변수 간의 선형 상관관계에 대한 분석이다. 선형 상관관계란 각 변수를 개별의 좌표축으로 두고 그래프를 그릴 때, 한 변수의 값의 변동에 따른 다른 변수의 값의 변동이 선형적으로 그려지는 상관관계이다. 예를 들어, 한 변수의 값이 증가할 때 다른 변수의 값도 증가하는 경향을 가진다면 양의 상관관계를 가진다고 하며, 반대의 경우는 음의 상관관계를 가진다고 한다. PLS 모델링에 사용되는 변수들은 먼저 Cross-Correlation 분석을 통해 변수 간의 상관관계를 분석한다. 분석값은 -1과 1 사이의 값을 가지며, 해당 값의 절대값이 1에 가까울수록 강한 상관성을 가진다. 본 발명에서 PLS 기법의 분석에 사용될 변수는 0.4 이상의 상관성을 가지는 변수들로 모델링을 진행한다. In the PLS technique, correlation analysis is an analysis of the linear correlation between each variable. The linear correlation is a correlation in which the change in the value of one variable is linearly drawn according to the change in the value of one variable when a graph is drawn with each variable as an individual coordinate axis. For example, if the value of one variable tends to increase when the value of the other variable also increases, it is said to have a positive correlation, and vice versa, it is said to have a negative correlation. Variables used in PLS modeling are first analyzed for correlation between variables through cross-correlation analysis. The analysis value has a value between -1 and 1, and the closer the absolute value of the value is to 1, the stronger the correlation. In the present invention, the variables to be used in the analysis of the PLS technique are modeled as variables having a correlation of 0.4 or more.

PLS 기법은 목적변수의 값을 예측하는 모델링 목적의 측면에서 값을 예측하는 대표적인 기법인 회귀분석(Regression)과 유사하다. 회귀분석은 목적변수의 값을 예측하는 통계분석 기법 중 가장 일반적으로 쓰인다. 그러나, 현장 설비의 데이터로 예측 모델을 할 경우 발생하는 문제점이 있는데 그 중 한 가지가 다중공선성(Multicollinearity)이다. 회귀분석의 경우 분석의 중요한 전제조건은 예측변수(또는 반응변수) 사이에는 상관성이 없거나 매우 적다고 가정하는 것이다. 하지만, 현장 설비의 데이터 간에는 상관성이 높은 경우가 대다수이다. 이러한 점 때문에 회귀분석의 경우 다중공선성 문제가 발생하고, 이는 회귀 계수의 분산을 증가시켜 모델이 불안정하고 해석하기 어렵게 만든다. 반면에, PLS 기법은 예측변수 사이에는 상관성이 있다는 전제하에 모델링을 수행한다. 따라서, PLS 기법은 회귀분석에서 발생하는 다중공선성과 같은 문제가 없으므로, 각 데이터 간 상관관계 분석 및 이 상관관계를 통한 목적변수의 값을 예측하는 측면에서 현장 설비의 데이터 모델링에 회귀분석보다 더 적합하다.The PLS technique is similar to regression, which is a representative technique for predicting the value of the objective variable in terms of the modeling purpose. Regression analysis is the most commonly used statistical analysis technique to predict the value of an objective variable. However, there is a problem that occurs when a predictive model is made with data from field facilities, and one of them is multicollinearity. In the case of regression analysis, an important prerequisite of the analysis is to assume that there is little or no correlation between the predictors (or response variables). However, in most cases, there is a high correlation between data from field facilities. Because of this, multicollinearity problems arise in the case of regression analysis, which increases the variance of the regression coefficients, making the model unstable and difficult to interpret. On the other hand, the PLS method performs modeling on the premise that there is a correlation between predictor variables. Therefore, since the PLS method does not have problems such as multicollinearity that occurs in regression analysis, it is more suitable than regression analysis for data modeling of field facilities in terms of correlation analysis between each data and predicting the value of the objective variable through this correlation. do.

따라서, 상기 데이터 분석부(112)는 PLS 기법에 따라 정상 운영된 구간의 데이터에 기반하여 상관분석을 통해 모델링을 수행한다. 여기서, 데이터 분석부(112)가 모델링을 수행하기 위해, 정상 운영된 구간의 데이터를 수집하는 것이 매우 중요하다. 왜냐하면, 수집된 데이터 중 같은 정상 구간이라고 하더라도 각 운전 조건이 다르다면, 다르게 구분하여 모델링을 진행해야 예측 오차를 줄일 수 있기 때문이다. 현 복합 발전소에서 가스터빈 예열 시 파이프 온도 및 외기 온도 외에 영향이 큰 외부 조건은 이전 발전 기동 종료 후부터 다시 예열 시작 시까지의 시간이다. 따라서, 본 발명에서 상기 데이터 분석부(112)는 이전 발전 종료부터 예열 시작 시간까지의 시간 차이를 기준으로 cold start/warm start로 구분하여 각각 모델링을 구축했다. 이는 모델링 구축 단계에서의 구분이며, 상기 데이터 분석부(112)가 운영자 단말기(130)의 모니터(131)에 예측 정보를 제공할 때는 입력된 조건에 따라 자동으로 해당 조건 모델을 통해 예측한 시간을 제공한다.Accordingly, the data analysis unit 112 performs modeling through correlation analysis based on data of a section normally operated according to the PLS technique. Here, in order for the data analysis unit 112 to perform modeling, it is very important to collect data of a normally operated section. This is because, even in the same normal section of the collected data, if each driving condition is different, the prediction error can be reduced by dividing the data into different models. In the current combined cycle power plant, when preheating a gas turbine, the external conditions that have a large influence other than the pipe temperature and the outside air temperature are the time from the end of the previous power generation start to the start of preheating again. Therefore, in the present invention, the data analysis unit 112 divided into cold start/warm start based on the time difference from the end of the previous generation to the start time of preheating, and each model was constructed. This is a classification in the modeling construction phase, and when the data analysis unit 112 provides prediction information to the monitor 131 of the operator terminal 130, the time predicted through the condition model is automatically calculated according to the input condition. to provide.

도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템에서 예측 분석 시 데이터의 전처리 방법을 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a data pre-processing method during predictive analysis in the gas turbine preheating time prediction system according to the present invention.

상기 데이터 분석부(112)가 예측 분석에서 모델링 시 사용하는 데이터는 도 3과 같은 단위분산(Unit Variance Scaling)으로 전처리를 한다. 이는 상기 데이터 분석부(112)가 각 예측변수 사이의 값의 범위에 따른 오차를 최소화하기 위해, 평균이 0이고 표준편차가 1이 되도록 전처리를 하여, 각 변수별 변동을 동일한 기준으로 변환한 것이다. 상기 데이터 분석부(112)는 이러한 전처리 과정을 통해 데이터 범위의 차이로 발생하는 모델링의 예측 오차를 최소화할 수 있다.Data used by the data analysis unit 112 for modeling in predictive analysis is pre-processed by unit variance scaling as shown in FIG. 3 . This is that the data analysis unit 112 pre-processes so that the mean is 0 and the standard deviation becomes 1 in order to minimize the error according to the range of values between each predictive variable, and the variation for each variable is converted to the same standard. . The data analysis unit 112 may minimize the prediction error of modeling that occurs due to the difference in the data range through this pre-processing process.

도 4는 본 발명에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템에서 사용한 예측 기법의 검증을 설명하기 위한 그래프이다.4 is a graph for explaining the verification of the prediction technique used in the gas turbine preheating time prediction system according to the present invention.

또한, 상기 데이터 분석부(112)가 사용한 예측 기법의 모델에 대한 예측력 검증은 도 4와 같은 R 제곱값으로 확인한다. R 제곱값이 1에 가까울수록 현재 모델에 사용된 데이터에 대한 예측력이 높다고 할 수 있다. 그러나 R 제곱값이 높을수록 최적의 예측력을 가지는 모델은 아니다. R 제곱값이 너무 높다면 과적합 문제가 발생하여 현재의 데이터로는 예측력이 높지만, 미래 데이터의 예측력은 오히려 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 데이터 분석부(112)는 예측력의 검증에서 R 제곱값은 최소 기준치를 두고, 그 이상 R 제곱값을 가진다면 모델의 예측력에 의미가 있다고 판정한다.In addition, the verification of the predictive power of the model of the prediction technique used by the data analysis unit 112 is confirmed by the R-squared value as shown in FIG. 4 . It can be said that the closer the R-squared value is to 1, the higher the predictive power for the data used in the current model. However, the higher the R-squared value, the less the model has the optimal predictive power. If the R-squared value is too high, an overfitting problem may occur, and the predictive power of the current data is high, but the predictive power of the future data is rather poor. Therefore, in the verification of the predictive power, the data analysis unit 112 determines that the R-squared value has a minimum reference value, and if the R-squared value is greater than or equal to the R-squared value, the predictive power of the model is meaningful.

도 5는 운영자 단말기의 모니터에 표시된 화면을 캡쳐한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a screen capture displayed on a monitor of an operator terminal.

도 5를 참조하면, 상기 서버(110)에서 예측한 결과는 운영자 단말기(130)에 전송되어, 모니터(131)에 표시된다. 구체적으로, 도 5에서 모니터(131)의 상단부에는 서버(110)에서 예측된 예열 소요 시간이 표시된다. 여기서, 예측 정보는 가스터빈(10)의 예열이 시작되면 실시간으로 서버(110)가 예열 소요 시간을 예측하는 실시간 예측 시간과, 운영자가 운영자 단말기(130)의 입력부(132)를 통해 정보를 입력하여 예측하는 수동 예측 시간을 포함할 수 있다. 여기서, 운영자는 입력부(132)에 가스터빈(10)의 파이프 온도, 외기 온도 등의 정보를 입력함으로써 수동 예측 시간을 확인할 수 있다. 또한, 운영자가 입력부(132)를 통해 정보를 입력한 후에, 모니터(131)를 통해 예측한 과거 이력을 조회할 수 있으며, 잘못 입력된 정보가 있다면 바로 수정할 수도 있다. 모니터(131)의 하단부에는 최근 4회차까지 실 소요된 예열 시간이 각 스텝별로 상세히 표시된다. 이를 통해서 운영자는 어느 회차의 어떤 스텝에서 문제가 발생했는지도 쉽게 알 수 있다. Referring to FIG. 5 , the result predicted by the server 110 is transmitted to the operator terminal 130 and displayed on the monitor 131 . Specifically, the preheating time predicted by the server 110 is displayed on the upper part of the monitor 131 in FIG. 5 . Here, the prediction information includes a real-time prediction time at which the server 110 predicts the pre-heating time required by the server 110 in real time when the preheating of the gas turbine 10 starts, and the operator inputs information through the input unit 132 of the operator terminal 130 . It may include a manual prediction time to predict. Here, the operator can check the manual prediction time by inputting information such as the pipe temperature of the gas turbine 10 and the outside air temperature to the input unit 132 . In addition, after the operator inputs information through the input unit 132 , the predicted past history can be inquired through the monitor 131 , and if there is wrongly inputted information, it can be corrected immediately. On the lower part of the monitor 131, the preheating time actually required up to the last 4 times is displayed in detail for each step. Through this, the operator can easily find out which step in which round the problem occurred.

도 6은 서버에서 예측한 시간과 실제 소요된 시간을 비교한 그래프이다. 6 is a graph comparing the time predicted by the server with the time actually spent.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 분석부(112)는 예측 시간과 실제 소요된 시간을 비교하여 운영자 단말기(130)의 모니터(131)에 표시할 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템(100)의 예측 시간의 오차는 2시그마 수준의 신뢰성을 만족하는 것을 알 수 있다. 만약, 가스터빈 예열시간 예측 시스템(100)의 예측 시간과 실제 소요 시간 사이의 오차가 커졌다면, 데이터 분석부(112)는 추가 분석을 수행할 수 있다. As shown in FIG. 6 , the data analysis unit 112 may compare the predicted time with the actual time and display it on the monitor 131 of the operator terminal 130 . Also, referring to FIG. 6 , it can be seen that the error of the prediction time of the gas turbine preheating time prediction system 100 according to the present invention satisfies the reliability of the 2 sigma level. If the error between the predicted time of the gas turbine preheating time prediction system 100 and the actual required time increases, the data analysis unit 112 may perform additional analysis.

도 7은 예측 시간과 실제 소요 시간 사이의 오차에 대한 기여도를 나타낸 차트이다.7 is a chart showing the contribution to the error between the predicted time and the actual required time.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 분석부(112)는 오차 분석을 하여 운영자 단말기(130)의 모니터(131)에 표시할 수 있다. 상기 데이터 분석부(112)는 오차 분석을 통해 오차 발생에 가장 크게 기여한 순서대로 운영자에게 보여줄 수 있다. 다시 말해, 데이터 분석부(112)는 정상 운전 상태일 때와 비교하여 가장 다른 경향성을 보인 순서대로 그 차이를 막대 그래프 형태로 나타내어 모니터(131)를 통해 운영자에게 제공할 수 있다. 이를 통해 운영자는 문제 의심 구간을 파악하고 조치를 취할 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 오차 분석을 통해 A 파이프의 온도가 평소보다 훨씬 낮은 온도를 기록하고 있다면, A 파이프에 대한 점검을 시행하여 문제의 원인을 파악할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 가스터빈 예열시간 예측 시스템(100)은 데이터 분석부(112)의 상세 분석을 통해 예열 시 발생하는 문제 지점을 쉽게 찾아 해결할 수 있다. As shown in FIG. 7 , the data analysis unit 112 may perform error analysis and display it on the monitor 131 of the operator terminal 130 . The data analysis unit 112 may show the operator in the order of greatest contribution to the error generation through error analysis. In other words, the data analysis unit 112 may provide the difference to the operator through the monitor 131 by displaying the difference in the form of a bar graph in the order of showing the most different tendencies compared to the normal driving state. This allows the operator to identify suspected problem areas and take action. For example, if the temperature of pipe A records a much lower temperature than usual through the error analysis as described above, the cause of the problem may be identified by performing an inspection on pipe A. Accordingly, the gas turbine preheating time prediction system 100 according to the present invention can easily find and solve problems occurring during preheating through the detailed analysis of the data analysis unit 112 .

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 가스터빈 예열시간 예측 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the gas turbine preheating time prediction system according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment, and as claimed in the claims below, the present invention Without departing from the scope of the present invention, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various modifications can be made by anyone with ordinary knowledge in the field to which the invention pertains.

100: 가스터빈 예열시간 예측 시스템 10: 서버
111: 데이터 수집부 112: 데이터 분석부
120: 유선 통신망 130: 운영자 단말기
131: 모니터 132: 입력부
100: gas turbine warm-up time prediction system 10: server
111: data collection unit 112: data analysis unit
120: wired communication network 130: operator terminal
131: monitor 132: input unit

Claims (7)

가스터빈의 예열시간을 예측하는 서버; 및
상기 서버와 유선 통신망을 통해 연결되어, 상기 서버에서 예측된 예열시간을 전송 받는 운영자 단말기;를 포함하고,
상기 서버는 가스터빈의 파이프 온도데이터와 외기 온도데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부에서 수집된 데이터를 분석하여 예열시간을 예측하는 데이터 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 데이터 분석부는 가스터빈의 기동 종료 후부터 다시 예열 시작까지의 시간에 따라서 cold start 또는 warm start로 구분하여 분석하는 것을 특징으로 하며,
상기 데이터 분석부는 예열시간 예측 분석에서 모델링 시 사용하는 데이터를 단위분산(Unit Variance Scaling)으로 전처리하는 가스터빈 예열시간 예측 시스템.
a server for estimating the preheating time of the gas turbine; and
and an operator terminal connected to the server through a wired communication network and receiving the predicted warm-up time from the server;
The server is characterized in that it comprises a data collection unit for collecting pipe temperature data and outdoor temperature data of the gas turbine, and a data analysis unit for predicting a preheating time by analyzing the data collected by the data collection unit,
The data analysis unit is characterized in that it divides and analyzes a cold start or a warm start according to the time from the start of the gas turbine to the start of preheating again,
The data analysis unit is a gas turbine preheating time prediction system for preprocessing the data used for modeling in the preheating time prediction analysis by unit variance scaling.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 외기 온도, 습도, 가스터빈의 각 파이프의 온도를 포함한 변동계수를 이용하여 가스터빈의 예열시간을 예측하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 예열시간 예측 시스템.
The method of claim 1,
The data analysis unit predicts the preheating time of the gas turbine by using the coefficient of variation including the outside temperature, humidity, and temperature of each pipe of the gas turbine.
제 2 항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 PLS(Projection to Latent Structures, Partial Least Square) 기법을 사용하여 상기 변동계수들의 상관관계를 분석함으로써 가스터빈의 예열시간을 예측하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 예열시간 예측 시스템.
3. The method of claim 2,
The data analysis unit predicts the preheating time of the gas turbine by analyzing the correlation between the coefficients of variation using a Projection to Latent Structures, Partial Least Square (PLS) technique.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 데이터 분석부는 예측된 예열시간과 실제 소요된 예열시간을 비교하여 오차를 측정하고, 상기 오차에 대한 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 예열시간 예측 시스템.
The method of claim 1,
The data analyzer compares the predicted preheating time with the actual preheating time, measures an error, and analyzes the error.
제 1 항에 있어서,
상기 운영자 단말기는 상기 서버에서 전송하는 예측시간을 화면에 표시하여 운영자에게 보여주는 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 예열시간 예측 시스템.
The method of claim 1,
The operator terminal is a gas turbine preheating time prediction system, characterized in that it further comprises a monitor for displaying the predicted time transmitted from the server on the screen to the operator.
제 6 항에 있어서,
상기 서버는 상기 모니터를 통해 실시간으로 예측된 예열시간, 수동 예측 시간, 기 수행된 예열 시간의 구간별 정보를 운영자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 예열시간 예측 시스템.
7. The method of claim 6,
The server is a gas turbine preheating time prediction system, characterized in that for providing information for each section of the preheating time, manual prediction time, and preheating time predicted in real time through the monitor.
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