一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法技术

本发明专利技术涉及一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法，属于水轮发电机状态评估检测技术领域。该方法包括以下步骤：采集数据；获取水轮发电机工况、监测指标数据；数据筛选；工况分段；数据分为样本数据集、监测数据集；数据清洗；阈值上下限计算；计算越限比；监测与可视化展示。本发明专利技术方法利用水轮发电机有功功率、水头、振动摆度等状态监测时间序列数据，快速计算水轮发电机在不同运行工况下的阈值，也就是机组各监测指标正常的区域，该区域可根据机组运行情况自适应产生，为监测水轮发电机各参数是否劣化提供技术参考，水轮发电机发生异常时及时进行告警提醒，避免事故扩大。本发明专利技术方法具有操作简单、通用性强的特点，易于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法
本专利技术属于水轮发电机状态评估检测
，具体涉及一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法。
技术介绍
在水轮发电机状态评估、趋势分析、故障预警中，一个重要环节就是判断当前测值是否偏离正常值，是否有进一步劣化的趋势。根据传统的做法，一般采取给监测指标设定某一告警限值，计算监测指标变化率，当监测值高于告警限值，或者变化率超过设定值时，判定为异常状态，并输出告警。在水轮发电机组实际运行过程中，主机振动、摆度、温度等重要监测指标受到各种因素影响，呈上下波动趋势，有的波动为正常的工况导致的波动，有的波动为异常波动，在不同的工况下，监测指标的波动区域不一。水轮发电机在开停机过程、非稳定运行区时，各项指标不稳定，波动幅度较大，普遍来说，当机组有功功率70％额定功率时，各项监测指标相对稳定，选取该负荷段数据进行评估更利于对比反应设备的发展变化趋势。然而，即使在稳定运行区域，水轮发电机组各监测指标同样受到水头、励磁电流等工况的影响，且上下波动，直接采集的数据变化率无法反应设备劣化速率。另外，各类工况与监测指标有不同程度的关联性，采用人工分析，可根据经验，用关联性较强的工况予以分辨，但对于水轮发电机种类众多的监测指标，逐个进行关联性分析，从而进一步进行劣化分析，需要大量的人工干预，通用性不佳，也不利于信息化实现。因此如何克服现有技术的不足，真正识别出超出正常范围的情况，是目前水轮发电机状态评估检测
亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法，该方法利用历史有功功率、机组水头、励磁电流、监测指标时间序列数据，快速自动生成水轮发电机各监测指标的动态阈值，该阈值随着机组运行时间的推移，自动积累和计算，动态阈值为监测指标提供正常波动范围，当监测指标超出动态阈值范围，且持续时间达到限定时间时，输出告警。该方法操作简单，通用性强，易于推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法，包括如下步骤：(1)获取系统采集数据，包含：时间、发电机有功功率、机组水头、励磁电流和监测指标的数据；(2)数据筛选：选出有功功率≥额定功率*70％的数据；(3)工况分段：对选出的数据按有功功率、机组水头、励磁电流三个工况指标进行分段，每个工况指标平均分为N段，并打上分段标记；(4)将数据分为样本数据集、监测数据集：监测数据集时间段确定后，选取监测数据集起始时间上一年数据作为样本数据集；(5)对样本数据集进行数据清洗，得出有效样本数据集；(6)对有效样本数据集进行计算，得出阈值上下限：(7)将阈值上下限写入监测数据集：监测数据集增加2列数据列，按照工况标记，每一行数据均填入监测指标阈值上下限；(8)对监测数据集计算越限比：监测指标越限比＝监测指标实测值/监测指标阈值上限*100％；(9)监测与可视化展示：91)当越限比大于100％，启动计时；92)当越限比大于100％，计时大于设定时间时，输出告警，继续监测；93)当越限比小于100％，或者越限比大于100％不超过设定时间时，继续监测；94)可视化展示。进一步，优选的是，每个工况指标平均分为10段。进一步，优选的是，步骤(5)的具体方法为：51)有功功率、机组水头、励磁电流三个工况指标的任意一种组合为一种工况，三个工况指标每个分N段进行排列组合后，共有N3种工况；52)计算每一种工况下，样本数据集监测指标的第一个四分位和第三个四分位；第一个四分位记为监测指标_FirstQuartile，第三个四分位记为：监测指标_ThirdQuartile；53)计算离群值上限：监测指标离群值上限＝监测指标_ThirdQuartile+1.5*(监测指标_ThirdQuartile-监测指标_FirstQuartile)；54)计算离群值下限：监测指标离群值下限＝监测指标_FirstQuartile-1.5*(监测指标_ThirdQuartile-监测指标_FirstQuartile)55)删除样本数据集中高于离群值上限，或低于离群值下限的数据，得出有效样本数据集。进一步，优选的是，步骤(6)的具体方法为：61)计算每一种工况下，有效样本数据集中监测指标的最大值、最小值、算数平均数；其中，监测指标的最大值记为监测指标_max、最小值记为监测指标_min、算数平均数记为：监测指标_mean；62)计算每一种工况下，阈值上下限：监测指标阈值上限＝监测指标_max+0.25*监测指标_mean；监测指标阈值下限＝监测指标_min-0.25*监测指标_mean。本专利技术用水轮发电机各监测指标时间序列历史数据，自适应计算各工况下监测指标动态阈值，该方法可用于各类数据分析工具，或者编程工具，对于水轮发电机自适应动态阈值的计算。本专利技术根据下列原理：机组正常运行时，机组的监测指标存在一定的波动，异常时，监测指标呈趋势性波动。用常规的方法，难以区分监测指标波动由工况变化导致，还是设备本身存在异常。(1)本方法计算出的自适应阈值，产生于本机组历史数据，根据工况变化而呈动态，阈值反应了监测指标的集中趋势，并随着历史数据的积累，阈值更加准确。(2)设备正常运行时，监测指标在某一区间波动，阈值反应了这个区间的正常上下限。而阈值的计算，来源于统计学方法和专业经验。(3)计算机系统在数据采集、存储等环节，会产生一定的离群数据，会影响计算结果，本专利技术在阈值计算前，采用统计学方法对离群值进行了删除。(4)若因工况变化导致的波动，本专利技术计算出来的越限比将低于100％，若设备本身劣化导致的波动，本专利技术计算出来的越限比将高于100％。越限比高于100％真实反应设备劣化情况。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：1、目前水轮发电机组监控系统、在线监测系统对重要指标进行了监测，对指标设定了告警限值，为了避免误告警，设定的限制较高，当机组达到高警限值时，可能已经发生了严重的故障。本专利技术设定的阈值为动态限值，机组在不同工况下，各指标波动范围有所区别，超越阈值则真实反应了监测指标的劣化状况。2、各水电站数据中心存储的数据来自各个系统，在数据采集、汇集等环节，可能出现一些异常数据，或是噪点，用全数据计算阈值，可能受到异常值的影响，本专利技术在计算阈值前，对数据进行了自动清洗，保留了有效样本。3、机组运行情况复杂多变，各监测指标不仅受运行工况影响，还可能受到负荷调节速度、电网波动等偶发因素影响，本专利技术对阈值上下限进行了修正，留有一定余量，更大程度上避免了误告警。4、水轮发电机组随着运行年限延长，机组状态发生了改变，属于正常的老化，原技术手段并未考虑机组正常老化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）获取系统采集数据，包含：时间、发电机有功功率、机组水头、励磁电流和监测指标的数据；/n（2）数据筛选：选出有功功率≥额定功率*70%的数据；/n（3）工况分段：对选出的数据按有功功率、机组水头、励磁电流三个工况指标进行分段，每个工况指标平均分为N段，并打上分段标记；/n（4）将数据分为样本数据集、监测数据集：监测数据集时间段确定后，选取监测数据集起始时间上一年数据作为样本数据集；/n（5）对样本数据集进行数据清洗，得出有效样本数据集；/n（6）对有效样本数据集进行计算，得出阈值上下限：/n（7）将阈值上下限写入监测数据集：/n监测数据集增加2列数据列，按照工况标记，每一行数据均填入监测指标阈值上下限；/n（8）对监测数据集计算越限比：/n监测指标越限比=监测指标实测值/监测指标阈值上限*100%；/n（9）监测与可视化展示：/n91）当越限比大于100%，启动计时；/n92）当越限比大于100%，计时大于设定时间时，输出告警，继续监测；/n93）当越限比小于100%，或者越限比大于100%不超过设定时间时，继续监测；/n94）可视化展示。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）获取系统采集数据，包含：时间、发电机有功功率、机组水头、励磁电流和监测指标的数据；
（2）数据筛选：选出有功功率≥额定功率*70%的数据；
（3）工况分段：对选出的数据按有功功率、机组水头、励磁电流三个工况指标进行分段，每个工况指标平均分为N段，并打上分段标记；
（4）将数据分为样本数据集、监测数据集：监测数据集时间段确定后，选取监测数据集起始时间上一年数据作为样本数据集；
（5）对样本数据集进行数据清洗，得出有效样本数据集；
（6）对有效样本数据集进行计算，得出阈值上下限：
（7）将阈值上下限写入监测数据集：
监测数据集增加2列数据列，按照工况标记，每一行数据均填入监测指标阈值上下限；
（8）对监测数据集计算越限比：
监测指标越限比=监测指标实测值/监测指标阈值上限*100%；
（9）监测与可视化展示：
91）当越限比大于100%，启动计时；
92）当越限比大于100%，计时大于设定时间时，输出告警，继续监测；
93）当越限比小于100%，或者越限比大于100%不超过设定时间时，继续监测；
94）可视化展示。


2.根据权利要求1所述的用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法，其特征在于，每个工况指标平均分为10段。


3.根据权利要求1所述的用于水轮发电机的自适应动态告警阈值的监测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓韬，刀亚娟，吴永智，吕爱军，钟新元，戴祥，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53