一种燃气轮机的近邻异常检测系统技术方案

本发明专利技术属于燃气轮机设备技术领域，具体涉及一种燃气轮机的近邻异常检测系统。其实施步骤为：获取监测数据和输入参数；提取出表征各不同时刻特性的特征量；建立度量不同时刻的样本点之间相似度的全局距离矩阵；从所述G个样本中获取每个样本的局部可达密度及邻域样本点的集合；将各样本与其邻域中其它样本的局部可达密度进行比较计算各样本的异常得分；对样本的异常得分结果的数目进行排序，得出异常样本的集合。本发明专利技术计算资源需求小，具有较低的时间和空间代价，采用基于线性的计算方式对数据进行快速计算，最终用以表达异常数据点，有很强的可说明性。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于燃气轮机设备
，具体涉及一种燃气轮机的近邻异常检测系统。
技术介绍
：燃气轮机作为一种重要的巨型动力机械，具有结构紧凑、运行平稳、热效率较高等特点，应用范围越发广泛。现实中对燃气轮机的安全可靠的工作要求很高，在燃气轮机日常的工作情况下，对机组的健康情况进行分析监测，对可能出现的各种异常情况进行分析检测，可避免或以便于及时处理燃机的大型故障。目前所有燃气轮机厂商在轮机上都加装了较多的传感器以监测轮机的工作状态。监测记录的数据信息（如燃机转速、进出口温度等），对轮机的运行保障具有重大的意义和使用价值。但传感器采集的数据信息量庞大，噪声也较多，数据质量不高。同时传感器的数量繁多，而一般预判断的分析强度都很大，对所有传感器的信息进行预识别的计算和分析负荷极大，分析效率很低，而且误判度会很高。从而为有效对燃气轮机等重型工业设备的海量的高度复杂的系统信息的健康监测和故障预判，需同时结合轮机对象的本质特征以及数据处理的各先进技术加以实施。
技术实现思路
：本专利技术为了解决现有的燃气轮机的传感器采集的数据数目众多、信息量过度庞大、预警技术不足、故障监测水平简单有限、误判度高的问题，提供一种燃气轮机的近邻异常检测系统及检测方法，可以大规模地推广和使用。本专利技术采用的技术方案为：一种燃气轮机的近邻异常检测系统，该检测系统包括数据接口模块、特征抽取模块、相似度量模块、密度度量模块、异常因子模块及异常评定模块。该检测系统的检测方法步骤如下：步骤一、通过数据接口模块获取监测数据和输入参数从燃气轮机的监测软件中获取G个不同时刻的监测数据，以下用Pk表示第个时刻的监测值，其中1≤k≤G；并输入参数：邻域对象数，异常参考比例β；步骤二、通过特征抽取模块提取出表征各不同时刻特性的特征量从监测数据选出特征量，其中1≤≤29，即对应包括以下29个测点的值：齿轮箱振动、发电机DEX振动、发电机DEY振动、发电机EEX振动、发电机EEY振动、燃气发生器转速、发电机总实际功率、3#轴承Y振动、3#轴承X振动、2#轴承Y振动、2#轴承X振动、1#轴承Y振动、1#轴承X振动、压气机空气进口温度、排气平均温度、0度方向的排气温度、30度方向的排气温度、60度方向的排气温度、90度方向的排气温度、120度方向的排气温度、150度方向的排气温度、180度方向的排气温度、210度方向的排气温度、240度方向的排气温度、270度方向的排气温度、300度方向的排气温度、330度方向的排气温度、润滑油系统进口的油温及润滑油系统的出口的油温，为第k个时刻的第个测点的监测数据；步骤三、通过相似度量模块建立度量不同时刻的样本点之间相似度的全局距离矩阵用p范数距离来度量第b个时刻的数据与第g个时刻的数据之间的相似距离，b=1,2…,G，g=1,2…,G，并建立全局距离矩阵，，其中，为所述两个时刻和的第个特征量的距离计算权值，取为的第个维度量，为29维度的特征权向量,在没设定时，默认取为所有数值都为1的列向量；步骤四、通过密度度量模块获得样本集合的邻域集合NB及局部可达密度向量LRS其中邻域集合，样本的邻域集合为；可达密度向量，样本的局部可达密度标记为，单个样本的邻域集合可达密度的获得方法为：（1）、获取样本与其它样本之间第近的距离，记为，即对按从小到大进行排序，对应第小的距离即为；其中与距离最近的前个样本集合记为，如下（2）、第个样本的局部可达密度计算为；步骤五、通过异常因子模块获取所有样本的局部异常因子系数，其中第个样本的局部异常因子记为，计算公式如下，其中为与距离最近的前个样本；步骤六、通过异常评定模块对样本进行异常评定先对聚类结果的数目进行排序，得出异常样本的集合，符合下列描述的样本即是异常样本：对所有值按从大到小的顺序进行排序，则前个值对应的样本点，即是异常数据。每个时刻的监测特征量由以下特征量组成：齿轮箱振动数据、发电机DEX振动数据、发电机DEY振动数据、发电机EEX振动数据、发电机EEY振动数据、燃气发生器转速数据、发电机总实际功率数据、3#轴承Y振动数据、3#轴承X振动数据、2#轴承Y振动数据、2#轴承X振动数据、1#轴承Y振动数据、1#轴承X振动数据、压气机空气进口温度数据、排气平均温度数据、0度方向的排气温度数据、30度方向的排气温度数据、60度方向的排气温度数据、90度方向的排气温度数据、120度方向的排气温度数据、150度方向的排气温度数据、180度方向的排气温度数据、210度方向的排气温度数据、240度方向的排气温度数据、270度方向的排气温度数据、300度方向的排气温度数据、330度方向的排气温度数据、润滑油系统进口的油温数据及润滑油系统的出口的油温数据。所述步骤一中的邻域对象数为整数，异常参考比例β的取值范围为0<β<1。本专利技术的有益效果：本专利技术是一种燃气轮机的快速聚类的异常检测系统，是基于燃气轮机的内在特性，提出一种基于统计特征的异常检测方法，处理中基于范数距离进行相似性定义，并经线性复杂度的算法进行分析，计算资源需求小，具有较低的时间和空间代价；异常检测过程的计算代价很低，最终用与邻近点的密度异常程度以表达异常数据点，有很强的可说明性，此异常检测方式在现实中更具实用价值。附图说明：图1是本专利技术的模块组成及处理步骤的流程框图。图2是本专利技术的监测数据获取流程图图3是本专利技术中建立全局距离矩阵DG×G流程图具体实施方式：参照各图，一种燃气轮机的近邻异常检测系统，该检测系统包括数据接口模块、特征抽取模块、相似度量模块、密度度量模块、异常因子模块及异常评定模块。该检测系统的检测方法步骤如下：步骤一、通过数据接口模块获取监测数据和输入参数从燃气轮机的监测软件中获取G个不同时刻的监测数据，以下用Pk表示第个时刻的监测值，其中1≤k≤G；并输入参数：邻域对象数，异常参考比例β；步骤二、通过特征抽取模块提取出表征各不同时刻特性的特征量从监测数据选出特征量，其中1≤≤29，即对应包括以下29个测点的值：齿轮箱振动、发电机DEX振动、发电机DEY振动、发电机EEX振动、发电机EEY振动、燃气发生器转速、发电机总实际功率、3#轴承Y振动、3#轴承X振动、2#轴承Y振动、2#轴承X振动、1#轴承Y振动、1#轴承X振动、压气机空气进口温度、排气平均温度、0度方向的排气温度、30度方向的排气温度、60度方向的排气温度、90度方向的排气温度、120度方向的排气温度、150度方向的排气温度、180度方向的排气温度、210度方向的排气温度、240度方向的排气温度、270度方向的排气温度、300度方向的排气温度、330度方向的排气温度、润滑油系统进口的油温及润滑油系统的出口的油温，为第k个时刻的第个测点的监测数据；步骤三、通过相似度量模块建立度量不同时刻的样本点之间相似度的全局距离矩阵用p范数距离来度量第b个时刻的数据与第g个时刻的数据之间的相似距离，b=1,2…,G，g=1,2…,G，并建立全局距离矩阵，，其中，为所述两个时刻和的第个特征量的距离计算权值，取为的第个维度量，为29维度的特征权向量,在没设定时，默认取为所有数值都为1的列向量；步骤四、通过密度度量模块获得样本集合的邻域集合NB及局部可达密度向量LRS其中邻域集合，样本的邻域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机的近邻异常检测系统，其特征在于：该检测系统包括数据接口模块、特征抽取模块、相似度量模块、密度度量模块、异常因子模块及异常评定模块。

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机的近邻异常检测系统，其特征在于：该检测系统包括数据接口模块、特征抽取模块、相似度量模块、密度度量模块、异常因子模块及异常评定模块。2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的近邻异常检测系统，其特征在于：该检测系统的检测方法如下：步骤一、通过数据接口模块获取监测数据和输入参数从燃气轮机的监测软件中获取G个不同时刻的监测数据，以下用Pk表示第个时刻的监测值，其中1≤k≤G；并输入参数：邻域对象数，异常参考比例β；步骤二、通过特征抽取模块提取出表征各不同时刻特性的特征量从监测数据选出特征量，其中1≤≤29，即对应包括以下29个测点的值：齿轮箱振动、发电机DEX振动、发电机DEY振动、发电机EEX振动、发电机EEY振动、燃气发生器转速、发电机总实际功率、3#轴承Y振动、3#轴承X振动、2#轴承Y振动、2#轴承X振动、1#轴承Y振动、1#轴承X振动、压气机空气进口温度、排气平均温度、0度方向的排气温度、30度方向的排气温度、60度方向的排气温度、90度方向的排气温度、120度方向的排气温度、150度方向的排气温度、180度方向的排气温度、210度方向的排气温度、240度方向的排气温度、270度方向的排气温度、300度方向的排气温度、330度方向的排气温度、润滑油系统进口的油温及润滑油系统的出口的油温，为第k个时刻的第个测点的监测数据；步骤三、通过相似度量模块建立度量不同时刻的样本点之间相似度的全局距离矩阵用p范数距离来度量第b个时刻的数据与第g个时刻的数据之间的相似距离，b=1,2…,G，g=1,2…,G，并建立全局距离矩阵，，其中，为所述两个时刻和的第个特征量的距离计算权值，取为的第个维度量，为29维度的特征权向量,在没设定时，默认取为所有数值都为1的列向量；步骤四、通过密度度量模块获得样本集合的邻域集合NB及局部可达密度向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟影，徐志强，崔宝，唐瑞，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七〇三研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23