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JP2006209331A - Device diagnostic device and measuring device diagnostic device on network - Google Patents
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JP2006209331A - Device diagnostic device and measuring device diagnostic device on network - Google Patents

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JP2006209331A JP2005018395A JP2005018395A JP2006209331A JP 2006209331 A JP2006209331 A JP 2006209331A JP 2005018395 A JP2005018395 A JP 2005018395A JP 2005018395 A JP2005018395 A JP 2005018395A JP 2006209331 A JP2006209331 A JP 2006209331A
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Abstract

【課題】機器特性パラメータ値が異常な機器、計測値が異常な計測器を特定してその診断結果を画面に表示出力する。
【解決手段】最適化部と機器特性式又は定常ネットワークシミュレータとを備え、最適化部に対象機器の入出力エネルギー初期値として現在の計測値と機器特性パラメータ値の規定値を入力し、機器特性式等に現在の機器特性パラメータ値を入力して計測値に対する計算値を求め、最適化部は、計測値と機器特性式等による計算値を用いて最適化手法により全ての機器の機器特性パラメータ値を求める処理を繰り返して最適パラメータ値を出力し、最適パラメータ値と規定値との偏差及び重み係数から計算した値を設定値と比較して機器特性パラメータ値が変化した機器群を求め、当該機器群に関わる計測器の計測値の異常時に上記機器群から最適化手法により機器特性パラメータ値が異常な機器を特定する。
【選択図】図7
A device having an abnormal device characteristic parameter value and a measuring device having an abnormal measurement value are identified and the diagnosis result is displayed and output on a screen.
An optimization unit and a device characteristic equation or a stationary network simulator are provided, and a current measurement value and a specified value of a device characteristic parameter value are input to the optimization unit as input / output energy initial values of the target device, The current device characteristic parameter value is input to the equation, etc., and the calculated value for the measured value is obtained. The optimization unit uses the measured value and the calculated value based on the device characteristic equation, etc. to optimize the device characteristic parameter of all devices. The process of obtaining the value is repeated to output the optimum parameter value, the value calculated from the deviation between the optimum parameter value and the specified value and the weighting coefficient is compared with the set value to obtain the device group in which the device characteristic parameter value has changed. When the measurement value of the measuring instrument related to the device group is abnormal, the device having the abnormal device characteristic parameter value is identified from the device group by the optimization method.
[Selection] Figure 7

Description

本発明は、電気・ガス・水・蒸気などが入出力されるネットワークを対象として、これらのネットワークを構成する機器のうち機器特性パラメータ値が異常である機器、及び計測値が異常である計測器を特定してその診断結果を画面に表示可能としたネットワーク上の機器診断装置及び計測器診断装置に関するものである。   The present invention is directed to networks in which electricity, gas, water, steam, and the like are input and output, and among the devices constituting these networks, devices having abnormal device characteristic parameter values and measuring devices having abnormal measurement values This invention relates to a device diagnostic apparatus and a measuring instrument diagnostic apparatus on a network that can identify the result and display the diagnosis result on a screen.

電気・ガス・空調用の水(温水・冷水)や蒸気などの液体または気体が流れるネットワークを構成する機器を、制御用コンピュータやスタンドアロン型のコンピュータにより制御する場合、前記機器に関連して計測した電気出力や熱出力等の計測値をコンピュータに入力し、制御量を計算している。この際、コンピュータは、ネットワークを構成する機器の特性を把握し、その特性や計測値が正常な範囲で制御を実行する必要がある。
このため、機器特性及び計測値の異常診断は制御を行う上で極めて重要である。
When a device that constitutes a network through which a liquid or gas such as water (hot water / cold water) or steam for electricity, gas, or air conditioning flows is controlled by a control computer or a stand-alone computer, measurement was performed in relation to the device. Measurement values such as electrical output and heat output are input to a computer to calculate the controlled variable. At this time, it is necessary for the computer to grasp the characteristics of the devices constituting the network and execute control within the normal range of the characteristics and measured values.
For this reason, abnormality diagnosis of device characteristics and measurement values is extremely important in performing control.

従来、この種の異常診断装置としては、ネットワークから得られる計測値の異常を診断するものが知られている。
例えば、特許文献1では、計測値の歪みやとがり及びGeary数を求め、これらの値が予め設定した閾値を超える場合に異常と判断している。
また、特許文献2では、計測値の時系列データのパワースペクトルを求めて異常を診断している。
Conventionally, as this kind of abnormality diagnosis apparatus, an apparatus for diagnosing abnormality of a measurement value obtained from a network is known.
For example, in Patent Document 1, the distortion or sharpness of a measurement value and the number of Geary are obtained, and when these values exceed a preset threshold, it is determined as abnormal.
Moreover, in patent document 2, abnormality is diagnosed by calculating | requiring the power spectrum of the time series data of a measured value.

特開平5−142000号公報(段落[0006]〜[0017]、図1等)JP-A-5-142000 (paragraphs [0006] to [0017], FIG. 1 etc.) 特開平7−244522号公報(段落[0012]〜[0040]、図1等)JP-A-7-244522 (paragraphs [0012] to [0040], FIG. 1 etc.)

上記の従来技術では、計測器単体の計測値のみを用いて異常診断を行っているが、ネットワークを構成する機器の特性は経年的に変化しており、計測値は、計測器の調整不良その他の原因によって正常値の範囲を逸脱することもある。更には、個別的に見ると正常範囲に入っていても、機器不良等が発生している場合もある。
このような状況下では、特性が異常になっている機器や計測値が異常になっている計測器を特定し、必要に応じて修理や調整を行う必要が生じる。更に、異常が発生した後も、正常な機器特性値や計測値を獲得して制御を続行できることが望ましい。
In the above-mentioned conventional technology, abnormality diagnosis is performed using only the measurement values of the measuring instrument alone, but the characteristics of the devices that make up the network have changed over time, and the measured values are improperly adjusted. Depending on the cause, it may deviate from the normal value range. Further, when viewed individually, there may be a case where a device failure or the like has occurred even though it is within a normal range.
Under such circumstances, it is necessary to identify a device with abnormal characteristics or a measuring instrument with abnormal measurement values, and perform repair or adjustment as necessary. Furthermore, it is desirable that normal device characteristic values and measurement values can be acquired and control can be continued even after an abnormality has occurred.

そこで本発明は、計測値の同時刻性を確保した上でネットワーク上の複数の実績データ間の関連を考慮し、ネットワークに関する方程式を利用して、非線形な各種の機器特性や数式化できない運用ルールなどを全て考慮した別プログラムとしてある定常ネットワークシミュレータ等を用いて、列挙法や遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法、タブサーチまたはその改良手法、Particle Swarm Optimizationまたはその改良手法等の最適化手法を利用し、機器特性パラメータ値が異常となっている機器及び計測値が異常となっている計測器を特定してその診断結果を画面に表示出力するようにした機器・計測器診断装置を提供しようとするものである。
また、上記診断結果を画面に表示出力することにより、各種の機器や計測器及びこれらに付随する設備に対するCondition-based Maintenance(CBM)を実現可能とし、更に、正常な機器特性パラメータ値や計測値のみを使用してネットワークの制御を継続的に実行可能とした機器・計測器診断装置を提供しようとするものである。
Therefore, the present invention considers the relationship between a plurality of actual data on the network while ensuring the same time property of the measurement values, and uses the network-related equations to make various non-linear device characteristics and operational rules that cannot be formulated. Using a stationary network simulator or the like as another program that considers all of the above, and using optimization methods such as enumeration, genetic algorithm or its improved method, tab search or its improved method, Particle Swarm Optimization or its improved method , To provide a device / measurement device diagnostic device that identifies devices with abnormal device characteristic parameter values and measuring devices with abnormal measurement values, and displays the diagnosis results on the screen. Is.
In addition, by displaying and displaying the above diagnostic results on the screen, it is possible to realize Condition-based Maintenance (CBM) for various devices and measuring instruments and their associated equipment, and normal device characteristic parameter values and measured values. It is intended to provide a device / measuring device diagnostic apparatus that can continuously control a network using only the network.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した機器診断装置は、ネットワークを構成する各機器に対して入出力される電気・ガス・水・蒸気等のエネルギーの計測値と計算値との誤差、及び、各機器特性パラメータ値の規定値からの誤差を最小化する目的関数を用い、状態変数としての各機器特性パラメータ値を最適化手法により求めて出力する最適化部と、
ネットワークを構成する各機器の機器モデル、機器運用ルール等を内部に有し、前記最適化部から入力される各機器特性パラメータ値のもとで、機器の入力エネルギーに対する出力エネルギーを求めて計測値に対する計算値として出力する機器特性式、または、ネットワークを構成する各機器の機器モデル、機器運用ルール、各機器の接続状態、及び、ネットワークのエネルギーフローに関する方程式等を内部に有し、前記最適化部から入力される各機器特性パラメータ値のもとで、定常状態のある時間断面におけるネットワーク内の各部の状態量を求めて計測値に対する計算値として出力する定常ネットワークシミュレータと、を備え、
最適化部に対象機器の入出力エネルギーの初期値として現在の計測値を入力すると共に、機器特性パラメータ値の規定値を入力し、機器特性式または定常ネットワークシミュレータに現在の機器特性パラメータ値を入力して計測値に対する計算値を求め、
最適化部は、入力された計測値と機器特性式または定常ネットワークシミュレータにより求められた計算値とを用いて最適化手法により全ての機器の機器特性パラメータ値を求める処理を繰り返し、その回数が事前の設定回数に達した時点のパラメータ値を各機器特性式の最適パラメータ値として出力し、
更に、最適パラメータ値と規定値との偏差及び所定の重み係数に基づいて計算した値を設定値と比較して機器特性パラメータ値が変化した機器群を求め、これらの機器群に関連する計測器の計測値が異常である場合に、上記機器群の中から、最適化手法を用いて機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定するものである。
In order to solve the above-described problem, the device diagnostic apparatus according to claim 1 is an error between a measured value and a calculated value of energy such as electricity, gas, water, and steam inputted to and outputted from each device constituting the network. And an optimization unit that obtains and outputs each device characteristic parameter value as a state variable by an optimization method using an objective function that minimizes an error from a specified value of each device characteristic parameter value;
It has a device model, device operation rules, etc. of each device that constitutes the network inside, and based on each device characteristic parameter value input from the optimization unit, it calculates the output energy relative to the input energy of the device. The device characteristic equation that is output as a calculated value for the device, or the device model of each device that constitutes the network, the device operation rule, the connection state of each device, and the equation relating to the energy flow of the network, etc. Under each device characteristic parameter value input from the unit, a steady network simulator that obtains a state quantity of each unit in the network in a time section with a steady state and outputs it as a calculated value for the measured value, and
Input the current measured value as the initial value of the input / output energy of the target device to the optimization unit, input the specified value of the device characteristic parameter value, and input the current device characteristic parameter value to the device characteristic equation or steady network simulator To obtain the calculated value for the measured value,
The optimization unit repeats the process of obtaining the device characteristic parameter values of all devices by the optimization method using the input measurement value and the device characteristic equation or the calculated value obtained by the steady network simulator. The parameter value when the set number of times is reached is output as the optimum parameter value for each device characteristic equation.
Further, a device group in which the device characteristic parameter value is changed is obtained by comparing a value calculated based on a deviation between the optimum parameter value and the specified value and a predetermined weighting factor with a set value, and measuring instruments related to these device groups. When the measured value is abnormal, the device having the abnormal device characteristic parameter value is identified from the device group using the optimization method.

請求項2に記載した機器診断装置は、請求項1において、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、列挙法を用いるものである。   A device diagnosis apparatus according to a second aspect uses the enumeration method as an optimization method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value in the first aspect.

請求項3に記載した機器診断装置は、請求項1において、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法を用いるものである。   A device diagnosis apparatus according to claim 3 uses a genetic algorithm or an improved method thereof as an optimization method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value.

請求項4に記載した機器診断装置は、請求項1において、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、タブサーチまたはその改良手法を用いるものである。   A device diagnostic apparatus according to a fourth aspect uses a tab search or an improved method thereof as an optimization method for identifying a device whose device characteristic parameter value is abnormal in the first aspect.

請求項5に記載した機器診断装置は、請求項1において、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、Particle Swarm Optimizationまたはその改良手法を用いるものである。   The device diagnostic apparatus according to claim 5 uses Particle Swarm Optimization or an improved method thereof as an optimization method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value.

請求項6に記載した計測器診断装置は、請求項1〜5の何れか1項に記載した機器診断装置により特定された機器に関連する計測器を対象として、計測値が異常となっている計測器を最適化手法を用いて特定するものである。   The measuring instrument diagnostic device according to claim 6 has an abnormal measurement value for a measuring instrument related to the device specified by the device diagnostic device according to any one of claims 1 to 5. A measuring instrument is specified using an optimization method.

請求項7に記載した機器診断装置及び計測器診断装置は、請求項1〜5の何れか1項に記載した機器診断装置により特定された機器に関する情報と、請求項6に記載した計測器診断装置により計測値が異常であると特定された計測器に関する情報と、異常な計測値に対して最も確からしいと推定される計測補正値と、を画面に表示出力させるものである。   The device diagnostic device and the measuring device diagnostic device according to claim 7 are information related to the device specified by the device diagnostic device according to any one of claims 1 to 5 and the measuring device diagnosis according to claim 6. Information relating to a measuring instrument identified as an abnormal measurement value by the apparatus and a measurement correction value estimated to be most likely for the abnormal measurement value are displayed on the screen.

本発明によれば、電気・ガス・水・蒸気などが入出力されるネットワークを構成する機器のうち、機器特性パラメータ値が異常である機器、及び計測値が異常である計測器を特定してその診断結果を画面に表示することができる。また、この診断結果に基づいて機器や計測器及びこれらに付随する設備に対するCondition-based Maintenance(CBM)を実現することも可能である。
更に、異常と判断された計測値を最も確からしいと推定される計測補正値に入れ替えることにより、この計測補正値を正常な計測値と共に使用しながらプラント等を継続的に運用することができる。
According to the present invention, among the devices constituting the network in which electricity, gas, water, steam and the like are input and output, the device having the abnormal device characteristic parameter value and the measuring device having the abnormal measurement value are identified. The diagnosis result can be displayed on the screen. Moreover, it is also possible to implement Condition-based Maintenance (CBM) for equipment, measuring instruments, and facilities associated therewith based on the diagnosis results.
Furthermore, by replacing the measurement value determined to be abnormal with the measurement correction value estimated to be most likely, the plant or the like can be operated continuously while using this measurement correction value together with the normal measurement value.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
1.まず、本発明において使用される定常ネットワークシミュレータについて述べる。
定常ネットワークシミュレータは、ネットワーク及びその構成機器をモデル化し、各機器及びネットワークのエネルギーフローに関する方程式を解くことにより、ある時間断面におけるネットワーク全体の定常状態を計算するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1. First, a stationary network simulator used in the present invention will be described.
The stationary network simulator calculates the steady state of the entire network in a certain time section by modeling the network and its constituent devices and solving equations relating to the energy flow of each device and the network.

この種のネットワークシミュレータは、例えば、電力エネルギーに関しては、「電力系統解析理論」(関根泰次著,電気書院,昭和46年1月)などに潮流計算技術として記述された既存技術であり、ガス流及び水道に関しては、「コンピュータ水理学入門」(C.A. ブレビア・A.J.フェラント著,磯部雅彦訳,サイエンス社,1983年)などに管路網解析技術として記述された既存技術である。更に、空調用の水(温水・冷水)の場合には、熱のバランス方程式となる。
エネルギーフロー方程式は、線形あるいは非線形連立方程式として定式化され、ニュートン法などを用いることにより、解、つまり、ある時間断面におけるネットワークの定常状態を得ることができる。
This type of network simulator is an existing technology described as a tidal current calculation technology in the “Power System Analysis Theory” (Yoshiji Sekine, Denki Shoin, January 1971), for example, regarding power energy. The flow and water supply is an existing technology described as a pipeline network analysis technique in "Introduction to Computer Hydraulics" (CA Brevia / AJ Ferrant, translated by Masahiko Isobe, Science, 1983). Furthermore, in the case of water for air conditioning (hot water / cold water), the heat balance equation is obtained.
The energy flow equation is formulated as a linear or non-linear simultaneous equation, and by using the Newton method or the like, a solution, that is, a steady state of the network in a certain time section can be obtained.

(1)定常ネットワークシミュレータに用いられる機器モデルは、ブランチとして表現され、その入出力関係を数式1の関数(機器特性式)により表現する。 (1) A device model used for a stationary network simulator is expressed as a branch, and its input / output relationship is expressed by a function (equipment characteristic equation) of Equation 1.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

ここで、機器の運用ルールも、上記関数fの中で表現される。なお、入力状態量はブランチに対する入力エネルギーから計算可能であり、出力状態量を用いてブランチから出力される出力エネルギーも計算可能である。また、送電線、水道管、ガス管などは一般的には抵抗分を含むため、この抵抗分によりエネルギー損失が生じるブランチも数式1により表現することとする。   Here, the operation rule of the device is also expressed in the function f. The input state quantity can be calculated from the input energy for the branch, and the output energy output from the branch can also be calculated using the output state quantity. In addition, since power transmission lines, water pipes, gas pipes and the like generally include a resistance component, a branch in which energy loss is caused by this resistance component is also expressed by Equation 1.

(2)次に、定常ネットワークシミュレータに用いられるネットワークモデルについて述べる。ブランチである機器モデルを多数ノードにより接続したものがネットワークモデルとなる。各ノードにおいて、入力エネルギーと出力エネルギーとがバランスしている場合、以下の関数により表現することができる。 (2) Next, a network model used for a stationary network simulator will be described. A network model is formed by connecting a device model as a branch by a large number of nodes. When the input energy and the output energy are balanced in each node, it can be expressed by the following function.

Figure 2006209331
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(3)ネットワークの定常シミュレーション結果は、数式2からなる非線形連立方程式を対象として、ネットワークに対する入力エネルギー及び出力エネルギーを指定して方程式を解くことによって得られる。なお、ネットワーク中の各機器は、数式1に示すように特性関数のパラメータを指定することによって入出力関係を表現可能であり、本発明では最終的にこのパラメータ値a(機器特性パラメータ値という)を調整するものである。
定常ネットワークシミュレータは、機器モデル及びネットワークのエネルギーフローに関する方程式を内部に有し、入力エネルギー及び出力エネルギーを指定することにより、ある時間断面におけるネットワーク内の各部の状態量を出力する。
(3) The steady network simulation result is obtained by solving the equation by designating the input energy and output energy for the network for the nonlinear simultaneous equation of Equation 2. Each device in the network can express the input / output relationship by designating the parameter of the characteristic function as shown in Equation 1, and in the present invention, this parameter value a j (called device characteristic parameter value) is finally given. ).
The stationary network simulator has equations relating to the device model and the energy flow of the network inside, and outputs state quantities of each part in the network in a certain time section by designating input energy and output energy.

2.次に、請求項1における、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定するための第1のアルゴリズムを説明する。
(1)各機器の機器特性パラメータ値の推定
まず、例えば、先願である特願2003−284292号に記載された方法により機器特性パラメータ値を推定する。
始めに、状態変数を、対象機器の特性式におけるパラメータ値とする。また、定式化に当たっては、対象機器の入力・出力状態量が計測(測定)できると仮定する。
2. Next, a first algorithm for specifying a device having an abnormal device characteristic parameter value in claim 1 will be described.
(1) Estimation of device characteristic parameter value of each device First, for example, the device characteristic parameter value is estimated by the method described in Japanese Patent Application No. 2003-284292 which is a prior application.
First, the state variable is set as a parameter value in the characteristic equation of the target device. In the formulation, it is assumed that the input / output state quantities of the target device can be measured (measured).

最適パラメータを推定するための定式化として、数式3に示すように、目的関数は計測点における出力計測値と計算値とのノルム、及び、パラメータの規定値からの偏差のノルムの最小化とする。なお、数式4は制約条件を示す。   As a formulation for estimating the optimum parameter, as shown in Equation 3, the objective function is to minimize the norm of the output measurement value and the calculated value at the measurement point and the norm of the deviation from the specified value of the parameter. . In addition, Formula 4 shows a constraint condition.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

Figure 2006209331
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ここで、Wmi1は後述の方法により決定する。arefl1は、経験上得られている特性式のパラメータ値やカタログ値から得られる特性式のパラメータ値となる。また、wpj1,W,W,p1,q1,al1,min,al1,max等の値は事前に設定する。
最適化手法としては、計算対象とする全ての計測点の組合せの計測値と計測点における計算値とが合うように、また、各パラメータ値が規定値からできるだけ外れないように、機器特性パラメータ値を調整することとなる。
Here, W mi1 is determined by the method described later. a refl1 is a parameter value of a characteristic formula obtained from experience or a parameter value of a characteristic formula obtained from a catalog value. Further , values such as w pj1 , W 1 , W 2 , p 1 , q 1 , a 11, min , a 11, max are set in advance.
Optimization methods include device characteristic parameter values so that the measured values of all measurement point combinations to be calculated match the calculated values at the measurement points, and so that each parameter value does not deviate as much as possible from the specified value. Will be adjusted.

次に、最適パラメータの推定方法の基本的な概念について説明する。
状態方程式hは、対象機器の特性式から計算される。この特性式は、前述のように、機器特性、機器運用ルールなどを含み、機器の入力エネルギーが入力された時に出力エネルギーが計算される。この出力エネルギーを用いて、数式3により計測値及び計算値の評価が可能となる。
ここでは、数式4の制約条件を考慮した数式3の目的関数を最小化する最適化問題を、メタヒューリスティク最適化手法(遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法、タブサーチまたはその改良手法、Particle Swarm Optimization或いはその改良手法)を利用して解くこととする。
Next, the basic concept of the optimum parameter estimation method will be described.
The state equation h i is calculated from the characteristic formula of the target device. As described above, this characteristic equation includes device characteristics, device operation rules, and the like, and output energy is calculated when input energy of the device is input. Using this output energy, it is possible to evaluate the measured value and the calculated value by Equation 3.
Here, the optimization problem that minimizes the objective function of Equation 3 in consideration of the constraints of Equation 4 is expressed as a metaheuristic optimization method (genetic algorithm or its improved method, tab search or its improved method, Particle Swarm Optimization Alternatively, it is solved using the improved method.

まず、数式3における重み係数wmi1の決定方法を以下に述べる。
mi1は、計測値の確からしさに対する各計測値の相対的な重みを表現している。この重みは、以下の2つの項目により評価できる。
a.計測センサーの精度(SensorPRE)
b.計測センサーの故障率(SensorFAU)
計測センサーの精度は、±5%などの%誤差範囲で表現される。また、故障率は、年間の故障回数(故障回数/年)で表現される。これらの値を用いて、各計測値に対する重み係数wmi1を数式5のように決定する。
First, a method for determining the weighting factor w mi1 in Equation 3 will be described below.
w mi1 represents the relative weight of each measurement value with respect to the certainty of the measurement value. This weight can be evaluated by the following two items.
a. Measurement sensor accuracy (Sensor PRE )
b. Measurement sensor failure rate (Sensor FAU )
The accuracy of the measurement sensor is expressed in a% error range such as ± 5%. The failure rate is expressed as the number of failures per year (number of failures / year). Using these values, the weighting factor w mi1 for each measurement value is determined as in Equation 5.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

上記の重み係数wmi1は、例えば数式6により表現可能である。なお、数式6におけるa,bは事前に指定するものとする。 The weighting factor w mi1 can be expressed by Equation 6, for example. Note that a and b in Equation 6 are specified in advance.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

次に、機器特性パラメータ値は、以下のアルゴリズムにより求める。
・ステップ1:対象機器の機器特性式情報、機器特性式の各パラメータに対する規定値、対象とする計測値の組合せを最適化部に入力する。
・ステップ2:現在の状態変数値(各機器特性パラメータ値)を機器特性、機器運用ルールなどを含んだ機器特性式に入力し、出力計測値に対する計算値を求める。
・ステップ3:最適化部は、ステップ1で入力された出力計測値とステップ2で計算された出力計測値に対する計算値、及び、数式3〜5を用いて、評価値を求める。
・ステップ4:メタヒューリスティク最適化手法(遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法、タブサーチまたはその改良手法、あるいは、PSOまたはその改良手法)を用いて、数式3,4に基づき現在の状態変数値を変更する。
・ステップ5:事前に設定した探索回数に達したらステップ6へ進み、そうでない場合にはステップ2に戻る。
・ステップ6:現在のパラメータ値を最適パラメータ値として出力する。
Next, the device characteristic parameter value is obtained by the following algorithm.
Step 1: The combination of the device characteristic equation information of the target device, the specified value for each parameter of the device characteristic equation, and the target measurement value is input to the optimization unit.
Step 2: The current state variable value (each device characteristic parameter value) is input to a device characteristic formula including device characteristics, device operation rules, etc., and a calculated value for the output measurement value is obtained.
Step 3: The optimization unit obtains an evaluation value using the output measurement value input in Step 1 and the calculated value for the output measurement value calculated in Step 2 and Equations 3 to 5.
Step 4: Using the metaheuristic optimization method (genetic algorithm or its improved method, tab search or its improved method, or PSO or its improved method), the current state variable value is calculated based on Equations 3 and 4. change.
Step 5: If the number of searches set in advance is reached, proceed to Step 6; otherwise, return to Step 2.
Step 6: Output the current parameter value as the optimum parameter value.

ここで、図1は本実施形態における最適パラメータ値の計算概念を示す図である。図1において、10はメタヒューリスティク最適化手法により計測値と計算値との誤差の最小化、状態変数(機器特性パラメータ値)とパラメータ規定値との誤差の最小化を目的として、現在の状態変数値を変更する(数式3,4を解く)最適化部、20は最適化部10からの状態変数(機器特性パラメータ値)を用い、機器特性や運用ルール等を考慮して入力された入力エネルギーに対する出力エネルギーを計算し、これを計算値として出力する機器特性式を示す。   Here, FIG. 1 is a diagram showing a calculation concept of the optimum parameter value in the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a current state for the purpose of minimizing an error between a measured value and a calculated value and minimizing an error between a state variable (equipment characteristic parameter value) and a parameter specified value by a metaheuristic optimization method. An optimization unit 20 that changes a variable value (solves Equations 3 and 4), and 20 is an input that is input in consideration of device characteristics, operation rules, etc., using state variables (device characteristic parameter values) from the optimization unit 10 The device characteristic formula for calculating the output energy relative to the energy and outputting it as a calculated value is shown.

(2)機器特性パラメータ値が変化した機器の特定
以下の数式7を計算してf値を求める。
(2) Identification of device whose device characteristic parameter value has changed The following Formula 7 is calculated to obtain the f 1 value.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

ここで、aref,iは、経験上得られている特性式のパラメータ値、機器の入出力データから得られるパラメータ値、カタログ値から得られるパラメータ値である。
上記数式7により計算したf値が機器ごとに事前の設定値Devjよりも大きい場合、機器特性パラメータ値が変化した機器であると特定する。
Here, a ref, i is a parameter value obtained from experience, a parameter value obtained from input / output data of a device, and a parameter value obtained from a catalog value.
When the f 1 value calculated by Equation 7 is larger than the preset value D evj for each device, the device is identified as a device whose device characteristic parameter value has changed.

(3)機器特性パラメータ値が異常となっている機器の特定
上記(2)で求めた機器特性パラメータ値が変化した機器(複数)を用いて、後述する種々の最適化手法により、パラメータ値が異常となっている機器を特定する。
なお、上記(2)において機器特性パラメータ値が変化した機器がない場合には、前記(1)のパラメータ値の推定処理に戻る。
(3) Identification of a device having an abnormal device characteristic parameter value Using a plurality of devices whose device characteristic parameter values obtained in the above (2) have changed, the parameter value is determined by various optimization methods described later. Identify the device that is malfunctioning.
If there is no device whose device characteristic parameter value has changed in (2) above, the process returns to the parameter value estimation processing in (1).

3.次いで、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定するための第2のアルゴリズムを説明する。
(1)各機器の機器特性パラメータ値の推定
第1のアルゴリズムと同様の方法により、パラメータ値を推定する。
(2)機器特性パラメータ値が変化した機器の特定
以下の数式8を計算してf値を求める。
3. Next, a second algorithm for identifying a device whose device characteristic parameter value is abnormal will be described.
(1) Estimation of device characteristic parameter value of each device The parameter value is estimated by the same method as the first algorithm.
(2) Identification of device whose device characteristic parameter value has changed The following Formula 8 is calculated to obtain the f 2 value.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

ここで、aref,iは、経験上得られている特性式のパラメータ値、機器の入出力データから得られるパラメータ値、カタログ値から得られるパラメータ値である。
上記数式7により計算したf値が機器ごとに事前の設定値Devjよりも大きい場合、機器特性パラメータ値が変化した機器であると特定する。
Here, a ref, i is a parameter value obtained from experience, a parameter value obtained from input / output data of a device, and a parameter value obtained from a catalog value.
When the f 1 value calculated by Equation 7 is larger than the preset value D evj for each device, the device is identified as a device whose device characteristic parameter value has changed.

(3)機器特性パラメータ値が異常となっている機器の特定
上記(2)で求めた機器特性パラメータ値が変化した機器(複数)を用いて、以下に述べる種々の最適化手法により、パラメータ値が異常となっている機器を特定する。
なお、上記(2)において機器特性パラメータ値が変化した機器がない場合には、前記(1)のパラメータ値の推定処理に戻る。
(3) Identification of a device whose device characteristic parameter value is abnormal Using the device (s) whose device characteristic parameter value obtained in (2) above has changed, the parameter value is determined by various optimization methods described below. Identify the device that is abnormal.
If there is no device whose device characteristic parameter value has changed in (2) above, the process returns to the parameter value estimation processing in (1).

4.次に、列挙法を用いて、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法について説明する。
上述した第1及び第2のアルゴリズムにおいて、(3)機器特性パラメータ値が異常となっている機器の特定方法として、最適化手法に列挙法を用いる場合の実施形態を以下に説明する。
この実施形態では、計測値が異常になっている機器に関する機器特性パラメータ値が最も変化している(異常となっている)であろうという仮定から、各機器ごとのパラメータ値を組として、いくつかの機器のパラメータ値を変化前のものに再変更した場合に、計測値と計算値とが最も合うようになる組み合わせから昇順に順番を求め、このとき、変化前のパラメータ値に変更した機器の組み合わせを、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として特定する。
4). Next, a method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value using an enumeration method will be described.
In the first and second algorithms described above, (3) an embodiment in which an enumeration method is used as an optimization method will be described as a method for identifying a device whose device characteristic parameter value is abnormal.
In this embodiment, based on the assumption that the device characteristic parameter value related to the device in which the measured value is abnormal is most changed (becomes abnormal), the parameter values for each device are set as a set. When the parameter value of the device is changed again to the one before the change, the order in ascending order is obtained from the combination in which the measured value and the calculated value are best matched. At this time, the device changed to the parameter value before the change Is identified as a device having an abnormal device characteristic parameter value.

(1)状態変数の表現
機器ごとのパラメータ値を組として、対象機器数だけの要素数を持つ配列を用意する。配列の各要素は、対応する番号付けされた対象機器ごとのパラメータ値に対する対処を表現し、1,0のバイナリ値で要素を表現する。ここで、1は修正前の現在のパラメータ値を用いることを表し、0は計算された新しいパラメータ値を用いることを表す。
(1) Expression of state variables An array having the number of elements corresponding to the number of target devices is prepared with the parameter values for each device as a set. Each element of the array represents a response to the parameter value for each corresponding numbered target device, and represents the element with a binary value of 1, 0. Here, 1 indicates that the current parameter value before correction is used, and 0 indicates that the calculated new parameter value is used.

(2)求解アルゴリズム
・ステップ1:パラメータ値の組み合わせの生成
配列の各要素に対して1または0の要素を生成し、要素の組み合わせからなる配列の値の2NumEquip個(ここで、は対象機器数)の組み合わせを生成し、その指定のもとで、現在のパラメータ値を用いるものについては状態変数となるパラメータ値を現在のパラメータ値に固定し、パラメータ値の組み合わせを生成する。
(2) Solution algorithm step 1: Generation of parameter value combinations 1 or 0 elements are generated for each element of the array, and 2 NumEquip values (in this case, target device) A combination of parameter values is generated by fixing the parameter value as a state variable to the current parameter value for those using the current parameter value under the designation.

・ステップ2:各組み合わせに対する計測補正値の計算
ステップ1で生成したすべての組み合わせについて、例えば先願である特願2004−218788「ネットワークにおける計測値の精査装置」に記載された方法により計測補正値を計算する。
なお、上記「ネットワークにおける計測値の精査装置」は、ネットワークを構成する各機器に対して入出力される電気・ガス・水・蒸気等のエネルギーの計測値と計算値との誤差を最小化する目的関数を用い、状態変数としてのネットワークの入出力エネルギーをメタヒューリスティク最適化手法により求めて出力する最適化部と、ネットワークを構成する各機器の機器モデル、機器運用ルール、各機器の接続状態、及び、ネットワークのエネルギーフローに関する線形または非線形で表現される方程式等を内部に有し、前記最適化部から入力される各構成機器の運転・停止状態、または入出力エネルギーのもとで、定常状態のある時間断面におけるネットワーク内の各部の状態量を入力側の機器から末端に向かい逐次計算により求めて計測値に対する計算値として出力する定常ネットワークシミュレータと、を備え、最適化部にネットワークの入出力エネルギーの初期値として現在の計測値を入力し、定常ネットワークシミュレータに現在の入出力エネルギーを入力して計測値に対する計算値を求め、最適化部は、入力された計測値と定常ネットワークシミュレータにより求められた計算値とを用いてメタヒューリスティク最適化手法により入出力エネルギーを求める処理を繰り返し、その回数が事前の設定回数に達した時点で定常ネットワークシミュレータにより求められた現在の計測値に対する計算値を、最も確からしい計測補正値として出力するものであり、最適化部によるメタヒューリスティク最適化手法として、遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法、タブサーチまたはその改良手法、Particle Swarm Optimizationまたはその改良手法の何れかを用いるものである。
Step 2: Calculation of Measurement Correction Values for Each Combination Measurement correction values for all combinations generated in Step 1 are measured by the method described in Japanese Patent Application No. 2004-218788 “Measurement Value Scrutinization Device in Network”, which is a prior application, for example. Calculate
In addition, the above-mentioned "measurement value scrutinizing device in the network" minimizes the error between the measured value and the calculated value of energy such as electricity, gas, water, and steam that are input to and output from each device constituting the network. Using an objective function, the optimization unit that calculates and outputs the network input / output energy as a state variable using the metaheuristic optimization method, the device model of each device that configures the network, device operation rules, and the connection state of each device And a linear or non-linear equation related to the energy flow of the network, etc., which is stationary under the operation / stop state of each component device input from the optimization unit or input / output energy The amount of state of each part in the network in a time section with a state is measured by sequentially calculating from the device on the input side toward the end. A steady-state network simulator that outputs as a calculated value for, inputs the current measured value as the initial value of the network input / output energy to the optimization unit, and inputs the current input / output energy to the steady-state network simulator The optimization unit repeatedly calculates the input and output energy using the metaheuristic optimization method using the input measurement value and the calculation value obtained by the steady network simulator, and the number of times is calculated in advance. The calculated value for the current measurement value obtained by the stationary network simulator when the set number of times is reached is output as the most probable measurement correction value. As a metaheuristic optimization method by the optimization unit, genetic Algorithm or its improved method, tab search It is intended to use any of the improvements techniques, Particle Swarm Optimization or improved techniques.

・ステップ3:各組み合わせに対して、計算誤差が最も小さい組み合わせの確定
各組み合わせに対する上記ステップ2の計測補正値と計測値との誤差(評価値)が最も小さい(目的関数値が最も小さい)組み合わせから順番に格納する。
・ステップ4:機器特性パラメータ値が異常となっている機器の特定
評価値が最も小さい組み合わせから順番に、変化前のパラメータ値(現在のパラメータ値)に変更した機器の組み合わせをパラメータ値が異常となっている機器として特定し出力する。
Step 3: Determination of the combination with the smallest calculation error for each combination Combination with the smallest error (evaluation value) between the measurement correction value and the measured value in Step 2 above for each combination (the smallest objective function value) Store in order.
• Step 4: Identifying devices with abnormal device characteristic parameter values In order from the combination with the smallest evaluation value, the device combination that has been changed to the parameter value before the change (current parameter value) is determined to be abnormal. Identifies and outputs as a device.

5.次に、最適化手法としての遺伝的アルゴリズム(GA)またはその改良手法を用いて、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法について説明する。
この実施形態でも計測値が異常になっている機器に関する機器特性パラメータ値が最も変化している(異常となっている)であろうという仮定から、各機器ごとのパラメータ値を組として、いくつかの機器のパラメータ値を変化前のものに再変更した場合に、計測値と計算値とが最も合うようになる組み合わせから昇順に順番を求め、このとき、変化前のパラメータ値に変更した機器の組み合わせを、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として特定する。
ここで、遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法とは、D. E. Goldberg,Genetic Algorithms in Search,Optimization,and Machine Learning,Addison-Wesley,1989の中で述べられているSimple Genetic Algorithm(以下、SGAという)とその改良手法を指す。以下では、このSGAを例として最適パラメータの推定方法を説明する。
5. Next, a method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value using a genetic algorithm (GA) as an optimization method or an improved method thereof will be described.
Even in this embodiment, based on the assumption that the device characteristic parameter value related to the device in which the measured value is abnormal is most changed (becomes abnormal), several parameter values for each device are used as a set. When the parameter value of the device is re-changed to the one before the change, the ascending order is obtained from the combination in which the measured value and the calculated value are best matched. At this time, the device value changed to the parameter value before the change is obtained. The combination is identified as a device whose device characteristic parameter value is abnormal.
Here, the genetic algorithm or its improved method is the Simple Genetic Algorithm (hereinafter referred to as SGA) described in DE Goldberg, Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning, Addison-Wesley, 1989, and its algorithm. Refers to improved methods. In the following, an optimal parameter estimation method will be described using this SGA as an example.

(1)状態変数の表現
対象とする機器特性パラメータ値を番号付けする。対象とするパラメータ数だけの遺伝子座をもつ遺伝子を用意する。遺伝子の各遺伝子座は、対応する番号付けされた対象機器ごとのパラメータに対する対処を表現し、1,0のバイナリ値で要素を表現する。ここで、1は修正前の現在のパラメータ値を用いることを表し、0は計算された新しいパラメータ値を用いることを表す。
(1) Expression of state variables Number the target device characteristic parameter values. Prepare genes with as many loci as there are target parameters. Each gene locus represents a response to a parameter for each corresponding numbered target device, and represents an element with a binary value of 1, 0. Here, 1 indicates that the current parameter value before correction is used, and 0 indicates that the calculated new parameter value is used.

(2)求解アルゴリズム
・ステップ1:前提条件と初期条件設定
1)各計測値を入力する。
2)ストリング数、交差確率、突然変異確率、最大世代数を設定する。
・ステップ2:初期値の生成
1)各ストリングの遺伝子座について、ランダムにバイナリ値(1,0)を生成する。
2)現在の世代数を1とする。
3)評価値の最良値(Obj[0])を無限大とし、現在の最小値数をOptnum=0とする。ここで、Obj[ ]は最良値を保存する配列である。
(2) Solving algorithm step 1: Steps for setting preconditions and initial conditions 1) Input each measured value.
2) Set the number of strings, crossing probability, mutation probability, and maximum number of generations.
Step 2: Generation of initial values 1) A binary value (1, 0) is randomly generated for each string locus.
2) The current generation number is 1.
3) The best evaluation value (Obj * [0]) is set to infinity, and the current minimum value number is set to Optnum = 0. Here, Obj * [] is an array for storing the best value.

・ステップ3:各ストリングの評価と選択
1)ストリングの遺伝子座の1,0値により、各機器ごとに現在のパラメータ値を用いるか修正パラメータを用いるかを指定し、その指定のもとで、現在のパラメータ値を用いるものについては、状態変数となるパラメータ値を現在のパラメータ値に固定し、前述した特願2004−218788に記載された方法を用いて計測補正値及び計測補正値を利用した時の目的関数(評価関数)値を計算する。
2)上記評価関数値(評価値)の逆数をFitness関数値として、ルーレット・ホイール・セレクションによりストリングの選択を行う。
3)選択されたストリングの評価値のうち、最小値が現在のObj[Optnum]より小さかったら、Optnum=Optnum+1とし、その評価値をObj[Optnum]とする。また、その時の状態変数の値をX[Optnum]とする。
-Step 3: Evaluation and selection of each string 1) Specify whether to use the current parameter value or the modified parameter for each device according to the 1, 0 value of the locus of the string, and under the designation, For those using the current parameter value, the parameter value to be the state variable is fixed to the current parameter value, and the measurement correction value and the measurement correction value are used by using the method described in Japanese Patent Application No. 2004-218788 described above. Calculate the objective function (evaluation function) value for the hour.
2) A string is selected by roulette wheel selection using the reciprocal of the evaluation function value (evaluation value) as a Fitness function value.
3) If the minimum value of the evaluation values of the selected string is smaller than the current Obj * [Optnum], Optnum = Optnum + 1 is set, and the evaluation value is set to Obj * [Optnum]. The value of the state variable at that time is X * [Optnum].

・ステップ4:ストリング操作
ストリング集合に対して、交差確率、突然変異確率を用いて、交差及び突然変異を実行する。
・ステップ5:GAによる探索の終了判定
世代が事前に決定した値に達したらステップ6へ移行し、世代が事前に決定した値に達していない場合には、世代数に1を足してステップ3へ戻る。
・ステップ6:異常となっている機器の特定
X[Optnum]〜X[1]において、この順番で、現在のパラメータ値を利用することとした機器を、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として出力し、終了する。
Step 4: String manipulation Crossing and mutation are performed on the string set using crossing probability and mutation probability.
Step 5: Determination of the end of search by GA When the generation reaches a predetermined value, the process proceeds to Step 6, and when the generation does not reach the predetermined value, 1 is added to the number of generations and Step 3 Return to.
-Step 6: Identifying the device that is abnormal
In X * [Optnum] to X * [1], in this order, the device that uses the current parameter value is output as a device whose device characteristic parameter value is abnormal, and the process ends.

6.次いで、最適化手法としてのタブサーチまたはその改良手法を用いて、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法について説明する。
この実施形態でも計測値が異常になっている機器に関する機器特性パラメータ値が最も変化している(異常となっている)であろうという仮定から、各機器ごとのパラメータ値を組として、いくつかの機器のパラメータ値を変化前のものに再変更した場合に、計測値と計算値とが最も合うようになる組み合わせから昇順に順番を求め、このとき、変化前のパラメータ値に変更した機器の組み合わせを、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として特定する。
その際、計測値と計算値とが最も合うようになる組み合わせを求める部分にタブサーチまたはその改良手法を用いる。
ここで、タブサーチまたはその改良手法とはF. Glover,"Tabu Search Part I",ORSA Journal of Computing,Vol. 1,NO. 3,Summer 1989で述べられているタブーサーチ(以下、TSという)とその改良手法のことを指す。以下、このTSを例として、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法を説明する。
6). Next, a method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value using a tab search as an optimization method or an improved method thereof will be described.
Even in this embodiment, based on the assumption that the device characteristic parameter value related to the device in which the measured value is abnormal is most changed (becomes abnormal), several parameter values for each device are used as a set. When the parameter value of the device is re-changed to the one before the change, the ascending order is obtained from the combination in which the measured value and the calculated value are best matched. At this time, the device value changed to the parameter value before the change is obtained. The combination is identified as a device whose device characteristic parameter value is abnormal.
At that time, a tab search or an improved technique thereof is used for a portion for obtaining a combination that best matches the measured value and the calculated value.
Here, tab search or its improved method is tabu search (hereinafter referred to as TS) described in F. Glover, "Tabu Search Part I", ORSA Journal of Computing, Vol. 1, NO. 3, Summer 1989. And its improved method. Hereinafter, a method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value will be described using this TS as an example.

(1)状態変数の表現
対象とする機器特性式のパラメータを番号付けする。対象とするパラメータ数だけの要素をもつ配列を用意する。配列の各要素は、対応する番号付けされた対象機器ごとのパラメータに対する対処を表現し、1,0のバイナリ値で要素を表現する。ここで、1は修正前の現在のパラメータ値を用いることを表し、0は計算された新しいパラメータ値を用いることを表す。
(1) Expression of state variables Number the parameters of the target device characteristic equation. Prepare an array with as many elements as the target number of parameters. Each element of the array represents a response to a parameter for each corresponding numbered target device, and represents an element with a binary value of 1, 0. Here, 1 indicates that the current parameter value before correction is used, and 0 indicates that the calculated new parameter value is used.

(2)求解アルゴリズム
・ステップ1:前提条件と初期条件設定
1)各計測値を入力する。
2)タブー長及び最大探索回数を設定する。
(2) Solution Algorithm Step 1: Precondition and Initial Condition Setting 1) Input each measured value.
2) Set the taboo length and maximum number of searches.

・ステップ2:初期値の生成
1)状態表現の配列の各要素に対して、ランダムにバイナリ値(1,0)を生成する。
2)現在状態をタブーリストに入れる。
3)現在の探索回数を1とする。
4)現在状態の配列要素の1,0値により、各機器ごとに現在のパラメータ値を用いるか修正パラメータ値を用いるかを指定し、その指定のもとで、現在のパラメータ値を用いるものについては、状態変数となるパラメータ値を現在のパラメータ値に固定し、前述した特願2004−218788に記載された方法を用いて計測補正値及び計測補正値を利用した時の目的関数(評価関数)値を計算する。
5)現在状態に対する評価関数値(評価値)を最良値Objとする。現在の最小値数をOptnum=1とする。ここで、Obj[ ]は最良値を示す配列である。
Step 2: Generation of initial value 1) A binary value (1, 0) is randomly generated for each element of the state expression array.
2) Put the current state into the taboo list.
3) The current number of searches is 1.
4) Specifying whether to use the current parameter value or the modified parameter value for each device by using the 1, 0 value of the array element in the current state, and using the current parameter value under the specification , The parameter value that becomes the state variable is fixed to the current parameter value, and the measurement correction value and the objective function (evaluation function) when the measurement correction value is used using the method described in Japanese Patent Application No. 2004-218788 described above. Calculate the value.
5) The evaluation function value (evaluation value) for the current state is the best value Obj * . The current minimum number is Optnum = 1. Here, Obj * [] is an array indicating the best value.

・ステップ3:隣接状態の生成と次状態の決定
1)現在状態の各配列要素に対して現在値と異なるバイナリ値を生成し、他の要素数を現在値とする配列値を順番に生成し、これを隣接状態とする。
例えば、計測値数が3の場合、配列の要素は3つとなるが、この配列の値が(1,1,0)であった場合、第1要素のみ現在と異なるバイナリ値、第2要素のみ現在と異なるバイナリ値、第3要素のみ現在と異なるバイナリ値をそれぞれ個別に作成し、隣接状態を作成するため、隣接状態は、(0,1,0),(1,0,0),(1,1,1)の三つとなる。この方法では、隣接状態は必ず対象とする機器の数だけ生成される。
2)隣接状態の各状態の配列要素の1,0値により、各機器ごとに現在のパラメータ値を用いるか修正パラメータ値を用いるかを指定し、その指定のもとで、現在のパラメータ値を用いるものについては、状態変数となるパラメータ値を現在のパラメータ値に固定し、前述した特願2004−218788に記載された方法を用いて計測補正値及び計測補正値を利用した時の目的関数(評価関数)値を計算する。
3)各隣接状態の中で、タブーでない最も評価が良いものを次状態とする。次状態の評価値が現在のObj[Optnum]より小さかったら、Optnum=Optnum+1とし、その評価値をObj[Optnum]とする。また、その時の状態変数の値をX[Optnum]とする。
4)現在状態を次状態とする。
-Step 3: Generation of adjacent state and determination of next state 1) Generate a binary value different from the current value for each array element in the current state, and sequentially generate array values with the number of other elements as the current value This is the adjacent state.
For example, if the number of measurement values is 3, the number of elements in the array is 3, but if the value of this array is (1, 1, 0), only the first element is a binary value different from the current one, only the second element Since the binary value different from the current and the binary value different from the current only for the third element are individually created and the adjacent state is created, the adjacent states are (0, 1, 0), (1, 0, 0), ( 1, 1, 1). In this method, adjacent states are always generated for the number of target devices.
2) Specify whether to use the current parameter value or the modified parameter value for each device by the 1, 0 value of the array element of each state of the adjacent state. Under the specification, the current parameter value is Regarding the parameters to be used, the parameter value to be the state variable is fixed to the current parameter value, and the measurement correction value and the objective function when the measurement correction value is used using the method described in Japanese Patent Application No. 2004-218788 described above ( (Evaluation function) Calculate the value.
3) Among the adjacent states, the one that is not taboo and has the best evaluation is set as the next state. If the evaluation value of the next state is smaller than the current Obj * [Optnum], Optnum = Optnum + 1 is set, and the evaluation value is set to Obj * [Optnum]. The value of the state variable at that time is X * [Optnum].
4) Let the current state be the next state.

・ステップ4:タブサーチによる終了判定
探索回数が事前に設定した値に達したら、次のステップ5へ移行し、探索回数が事前に設定した値に達しない場合には、現在の探索回数に1を足してステップ3へ戻る。
・ステップ5::異常となっている機器の特定
X[Optnum]〜X[1]において、この順番で、現在のパラメータ値を利用することとした機器を、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として出力し、終了する。
Step 4: Termination determination by tab search When the number of searches reaches a preset value, the process proceeds to the next step 5. If the number of searches does not reach the preset value, the current number of searches is set to 1. Return to step 3.
・ Step 5 :: Identifying the device that is abnormal
In X * [Optnum] to X * [1], in this order, the device that uses the current parameter value is output as a device whose device characteristic parameter value is abnormal, and the process ends.

7.次に、最適化手法としてのParticle Swarm Optimizationまたはその改良手法を用いて、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法について説明する。
この実施形態でも計測値が異常になっている機器に関する機器特性パラメータ値が最も変化している(異常となっている)であろうという仮定から、各機器ごとのパラメータ値を組として、いくつかの機器のパラメータ値を変化前のものに再変更した場合に、計測値と計算値とが最も合うようになる組み合わせから昇順に順番を求め、このとき、変化前のパラメータ値に変更した機器の組み合わせを、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として特定する。
その際、計測値と計算値とが最も合うようになる組み合わせを求める部分にParticle Swarm Optimizationまたはその改良手法を用いる。
ここで、Particle Swarm Optimization(以下、PSOという)またはその改良手法とは、J. Kennedy and R. Eberhart,Swarm Intelligence,Morgan Kaufmann Publishers,2001で解説されているように、Eberhart氏らにより開発された群れ理論を基にしたParticle Swarm OptimizationのGbestモデル、Lbestモデル、あるいは、Angeline氏により開発されたHybrid Particle Swarm OptimizationなどのParticle Swarm Optimizationの様々なバリエーションを含む手法を指す。以下、バイナリモデル及びHybrid PSOを例として、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法を説明する。
7). Next, a method of identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value using Particle Swarm Optimization as an optimization method or its improved method will be described.
Even in this embodiment, based on the assumption that the device characteristic parameter value related to the device in which the measured value is abnormal is most changed (becomes abnormal), several parameter values for each device are used as a set. When the parameter value of the device is re-changed to the one before the change, the ascending order is obtained from the combination in which the measured value and the calculated value are best matched. At this time, the device value changed to the parameter value before the change is obtained. The combination is identified as a device whose device characteristic parameter value is abnormal.
At that time, Particle Swarm Optimization or an improved method thereof is used for a part for obtaining a combination in which the measured value and the calculated value are best matched.
Here, Particle Swarm Optimization (hereinafter referred to as PSO) or its improvement method was developed by Eberhart and others as described in J. Kennedy and R. Eberhart, Swarm Intelligence, Morgan Kaufmann Publishers, 2001. It refers to a method that includes various variations of Particle Swarm Optimization such as Gbest model, Lbest model of Particle Swarm Optimization based on swarm theory, or Hybrid Particle Swarm Optimization developed by Angeline. Hereinafter, a method for identifying a device whose device characteristic parameter value is abnormal will be described using a binary model and Hybrid PSO as examples.

A.バイナリモデル
(1)始めに、PSO研究の背景について述べる。
例えば、魚の群れや鳥の群れなどの自然界の生物の群れの動きは、簡単なルールで記述できることがわかってきている。つまり、個体(エージェント)の動きを簡単なルールで記述しても、群れの複雑な動きを記述することが可能である。
Reynoldsが開発したboid(Reynolds,C. W. ,"Flocks,Herds,and Schools: A Distributed Behavioral Model in Computer Graphics",Proceedings of SIGGRAPH '87,pp. 25-34,1987.)は、以下の3つの簡単なルールのみを利用している。
1)隣接するエージェントから離れようとする方向へ進む。
2)群れ全体の向かっている方向に進む。
3)群れの中心に向かって進む。
A. Binary model (1) First, the background of PSO research will be described.
For example, it has been found that the movement of a group of natural creatures such as a school of fish or a school of birds can be described by simple rules. In other words, even if the movement of an individual (agent) is described by simple rules, it is possible to describe a complex movement of a group.
Boid (Reynolds, CW, “Flocks, Herds, and Schools: A Distributed Behavioral Model in Computer Graphics” developed by Reynolds, Proceedings of SIGGRAPH '87, pp. 25-34, 1987.) Only rules are used.
1) Proceed in a direction to leave the adjacent agent.
2) Proceed in the direction the whole group is heading.
3) Proceed toward the center of the flock.

つまり、群れの中の個々のエージェントの動きは、簡単なベクトルの合成で考えることができる。
BoydとRichersonは人間の意思決定のプロセスを調査し、個人の学習と文化の伝達の概念を開発した(R. Boyd and P. Richerson,Culture and the Evolutionary Process,University of Chicago Press,1985.)。彼らの研究によると、人間は意思決定において、2つの重要な情報を利用している。1つ目は、自分自身の経験である。つまり、自分自身でこれまで選択してきたことから、どのような状況が良かったか、その状況がどの程度良かったかについて知っている。2つ目は、他の人々の経験である。つまり、他の人々がどのように行動してどのような結果になったかということを知っている。このような2つの情報、つまり、自分の経験及び他人の経験上、良かった状況に関する情報を用いて人間は意志決定を行っている。
In other words, the movement of individual agents in the group can be considered by simple vector composition.
Boyd and Richerson investigated the human decision-making process and developed the concept of personal learning and cultural communication (R. Boyd and P. Richerson, Culture and the Evolutionary Process, University of Chicago Press, 1985). According to their research, humans use two important pieces of information in decision making. The first is my own experience. In other words, I know what the situation was good and how good it was because of my choices. The second is the experience of other people. In other words, we know how other people acted and what the results were. A person makes a decision using such two pieces of information, that is, information on a situation that is good based on his own experience and the experience of others.

以上のように、群れの個体が簡単なベクトルを用いて動いていること、及び、人間の意志決定が自分の経験及び他人の経験上、良かった状況に関する情報を用いて行われているという2つの観点が、新しい最適化手法であるPSOの背景となっている。   As described above, the fact that the individuals of the group are moving using simple vectors, and that human decision-making is performed using information on the situation that was good in terms of their own experience and the experience of others, 2 One viewpoint is the background of PSO, which is a new optimization method.

(2)gbestモデルを用いるPSOの探索方法
gbestモデルを用いるPSOは、上述の観点から以下のように開発された。各エージェントの位置(状態量)をXY座標で表現し、その速度をv(X方向の速度)、v(Y方向の速度)で表現する。この位置と速度情報から次時点の各エージェントの位置を更新することができる。この概念に基づき、鳥の群れ全体が何らかの目的関数を最適化するような行動をとると考えると、以下のような最適化が考えられる。
いま、複数のエージェントが共同して良い解を見つける探索を考える。この時、各エージェントは、過去の探索における目的関数の最良値(パーソナルベスト:pbest)とそのXY位置(状態量)を覚えている。このpbestは、BoydとRichersonらの示した個人の経験に対応している。また、各エージェントはpbestのうち集団の中で最も最良なもの、つまり集団の過去の探索における目的関数の最良値(グループベスト:gbest)情報を共有している。
このgbestは、BoydとRichersonらの示した他人の経験に対応している。各エージェントは、現在のXY値とvx,vy値、及びpestとgbestとの距離に応じてその方向に位置を変更しようとする。この変更しようとする行動は速度で表現される。現在の速度と、pbest及びgbestを用いて、各エージェントの速度は以下の数式9により修正される。
(2) PSO search method using gbest model
The PSO using the gbest model was developed as follows from the above viewpoint. The position (state quantity) of each agent is expressed by XY coordinates, and the speed is expressed by v x (speed in the X direction) and v y (speed in the Y direction). The position of each agent at the next time point can be updated from this position and speed information. Based on this concept, the following optimization can be considered if the whole flock of birds takes action that optimizes some objective function.
Consider a search where multiple agents work together to find a good solution. At this time, each agent remembers the best value (personal best: pbest) of the objective function in the past search and its XY position (state quantity). This pbest corresponds to the personal experience presented by Boyd and Richerson et al. Further, each agent shares the best value in the group among pbest, that is, information on the best value (group best: gbest) of the objective function in the past search of the group.
This gbest corresponds to the experience of others shown by Boyd and Richerson et al. Each agent present XY value and v x, v y values, and tries to change the position in that direction according to the distance between the pest and gbest. The action to be changed is expressed by speed. Using the current speed, pbest, and gbest, the speed of each agent is modified by Equation 9 below.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

つまり、最適化を実現する複雑な探索の方向は、Boydと同様にベクトルの合成で表現できる。また、数式9の右辺第2項は、pbestに収束する方向となっており、第3項は、同様にgbestに収束する方向となっている。つまり、この探索方向は、個人の経験と他人の経験を融合した方向となっている。また、数式9による探索方向の算出により、PSOはこれまでの速度を維持しようとする大域探索(数式9の右辺第1項)と、pbest,gbestを用いてそれに近づこうとする局所探索(数式9の右辺第2,3項)とをバランスよく行う機構をもった探索手法である。
上記の数式9を用いることにより、各エージェントのこれまでの最良解及び集団の最良解に確率的に近づくような速度が求められ、これにより各エージェントの現在の位置(探索点)を以下の数式10により修正する。
In other words, the complicated search direction for realizing the optimization can be expressed by vector synthesis as in Boyd. In addition, the second term on the right side of Equation 9 is a direction that converges to pbest, and the third term is a direction that converges to gbest as well. In other words, this search direction is a direction in which the experiences of individuals and the experiences of others are fused. In addition, by calculating the search direction according to Equation 9, the PSO performs a global search (first term on the right side of Equation 9) that maintains the previous speed, and a local search that attempts to approach it using pbest and gbest (Equation 9). This is a search method having a mechanism that balances the second and third terms on the right side of the above.
By using Equation 9 above, a speed that probabilistically approaches the best solution of each agent and the best solution of the group is obtained, and the current position (search point) of each agent is calculated by the following equation. 10 to correct.

[数10]
k+1=s +v k+1
[Equation 10]
s i k + 1 = s i k + v i k + 1

上述した探索点の修正の概念を図2に示す。この図2において、エージェントの現在の探索点s(速度vorig)が、pbestに基づく速度vpbest及びgbestに基づく速度vgbest により、数式9,10に従って新たな探索点sk+1に修正される。
PSOはGA等と同様に複数の探索点を持った多点探索であり、各探索点のpbestと集団のgbestを用いて各探索点を確率的に変更していくことにより、大域最適解(最良解)を得る方法である。また、PSOは各ステップで目的関数値を評価する必要があるが、評価の回数は問題の規模によらずエージェント数のみで良いというメリットがある。従って、容易に大規模問題への適用が可能である。
図3に、多次元空間におけるPSOによる解探索の概念を示す。この図は、n次元の問題をm個のエージェントにより探索する場合を示している。
The concept of search point correction described above is shown in FIG. In FIG. 2, the current search point s k (velocity v orig ) of the agent is corrected to a new search point s k + 1 according to Equations 9 and 10 by the velocity v pbest based on pbest and the velocity v gbest based on gbest. .
PSO is a multi-point search having a plurality of search points like GA, etc., and the global optimal solution (by using each search point's pbest and collective gbest to change probabilistically ( This is a method for obtaining the best solution. In addition, the PSO needs to evaluate the objective function value at each step, but there is an advantage that the number of evaluations need only be the number of agents regardless of the scale of the problem. Therefore, it can be easily applied to large-scale problems.
FIG. 3 shows the concept of solution search by PSO in a multidimensional space. This figure shows a case where an n-dimensional problem is searched by m agents.

(3)PSOのパラメータ
PSOにおいて重要なパラメータは、試行回数、エージェント数、反復回数、数式9の各重み係数である。これらは全て設定値として変更可能とする。
1)試行回数
PSOは確率的な最適化手法であるため、通常1回の最適化のみでなく乱数の種(seed)を変更して複数回の最適化を行い、その結果の中から最も良い解を最適解とする。その最適化を実行する回数を試行回数とする。
2)エージェント数と反復回数
エージェント数は、何点の同時探索を行うかの数値である。反復回数は、各探索点(エージェント)が何回位置を更新して探索を行うかの数値である。つまり、PSOのアルゴリズムでは、各エージェントの目的関数値は反復回数分評価される。従って、1回の最適化試行に対して、目的関数値の評価に必要な計算時間×エージェント数×反復回数の計算時間が必要となる。この計算時間を考慮しながら、これらのパラメータを決定する必要がある。
(3) Parameters of PSO The important parameters in PSO are the number of trials, the number of agents, the number of iterations, and the weighting factors of Equation 9. These can all be changed as set values.
1) Number of trials Since PSO is a probabilistic optimization method, the optimization is usually performed not only by one optimization but also by changing the seed of random numbers and performing optimization several times, and the best result is obtained. Let the solution be the optimal solution. The number of times that the optimization is executed is the number of trials.
2) Number of agents and number of iterations The number of agents is a numerical value of how many simultaneous searches are performed. The number of iterations is a numerical value indicating how many times each search point (agent) updates the position. That is, in the PSO algorithm, the objective function value of each agent is evaluated for the number of iterations. Therefore, the calculation time required for evaluating the objective function value × the number of agents × the number of iterations is required for one optimization trial. It is necessary to determine these parameters in consideration of this calculation time.

3)重み係数(数式9におけるw,c1,c2
重み係数w,c1,c2は、経験的に以下の数式11,12のように設定すると良いことが経験的に分かっている。
3) Weight coefficient (w, c 1 , c 2 in Equation 9)
It has been empirically known that the weighting coefficients w, c 1 and c 2 are empirically set as in the following formulas 11 and 12.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

[数12]
=c=2.0
[Equation 12]
c 1 = c 2 = 2.0

ここで、wmax=0.9, wmin=0.4,kmax:最大反復回数,k:現在の反復回数である。 Here, w max = 0.9, w min = 0.4, k max : maximum number of iterations, k: current number of iterations.

数式11によって決定される重みwは、図4に示すように、探索が進む(反復回数が増える)に従って小さくなることが分かる。これは、数式9において重みwのかかる項は上述のように大域探索に相当する項であり、探索の開始時点では大域探索への比重を比較的大きくしておき、探索が進むに従ってその比重を小さくする、つまり局所探索の比重を大きくするような特性となっているためである。   As shown in FIG. 4, it can be seen that the weight w determined by Equation 11 decreases as the search proceeds (the number of iterations increases). In Equation 9, the term with the weight w is a term corresponding to the global search as described above, and the specific gravity for the global search is relatively large at the start of the search, and the specific gravity is increased as the search proceeds. This is because the characteristics are such that the specific gravity of the local search is increased.

(4)PSOによる最適化アルゴリズム
一回の最適化試行におけるアルゴリズムの概略を、図5に示す。
すなわち、エージェント数に応じた複数の初期状態をランダムに生成し(S1)、各エージェントに対する目的関数値を数式7によって計算する(S2)。
次に、各エージェントの探索過程で目的関数を評価し、最良解が得られた状態をpbestとして保存する(S3)。その後、すべてのエージェントのpbestを比較し、最良解が得られたものをgbestとして保存する(S4)。
次いで、最大反復数に達したか否かを判断し、達した場合には現時点のgbest(最良解が得られたエージェント)の状態を最適解として出力する(S5yes,S7)。
また、最大反復数に達していない場合には、数式9,10により制約条件を満たす範囲で各エージェントの速度を計算し、探索点を移動してステップS2に戻る(S5no,S6)。
(4) Optimization algorithm by PSO FIG. 5 shows an outline of the algorithm in one optimization trial.
That is, a plurality of initial states corresponding to the number of agents are randomly generated (S1), and an objective function value for each agent is calculated by Equation 7 (S2).
Next, the objective function is evaluated in the search process of each agent, and the state where the best solution is obtained is stored as p best (S3). Thereafter, the p bests of all agents are compared, and the best solution obtained is stored as g best (S4).
Next, it is determined whether or not the maximum number of iterations has been reached. If it has been reached, the current state of g best (the agent that has obtained the best solution) is output as the optimum solution (S5yes, S7).
If the maximum number of iterations has not been reached, the speed of each agent is calculated within a range that satisfies the constraint conditions according to equations 9 and 10, the search point is moved, and the process returns to step S2 (S5no, S6).

(5)バイナリPSO
状態変数が1,0で表現された場合のバイナリPSOは、エバーハート等によって開発された(J. Kennedy and R. Eberhart,"A discrete binary version of the particle swarm optimization algorithm",Proc. of the 1997 conference on Systems,Man and Cybernetics (SMC'97),pp.4104-4109,1997.)。
(5) Binary PSO
Binary PSO when the state variable is expressed as 1, 0 was developed by Everhart et al. (J. Kennedy and R. Eberhart, "A discrete binary version of the particle swarm optimization algorithm", Proc. Of the 1997 conference on Systems, Man and Cybernetics (SMC'97), pp.4104-4109, 1997.).

gbestモデルは、連続変数を用いた非線形最適化問題に対して開発された。
しかし、現実の多くの問題は組合せ最適化問題として定式化できる。エバーハート等はエージェントのイエスかノーか、正しいか正しくないか、あるいは他の意思決定を行う確率Pが個人と社会要因との関数で表現される数式13のようなモデルを提案した。
The gbest model has been developed for nonlinear optimization problems using continuous variables.
However, many real problems can be formulated as combinatorial optimization problems. Everhart et al. Proposed a model like Formula 13 in which the agent's yes or no, right or wrong, or the probability P of making other decisions is expressed as a function of individuals and social factors.

[数13]
P(s k+1=1)=f(s ,v ,pbest,gbest)
[Equation 13]
P (s i k + 1 = 1) = f (s i k , v i k , pbest i , gbest)

つまり、オリジナルなPSOで利用されているもの(状態、速度、pbest,gbest)で、次の状態が1になる確率を関数表現できるとした。また、エージェントにおける1つあるいは他の決定の傾向であるパラメータvは、確率値のしきい値を決定する。もし、vが大きかったらエージェントはより1を選択し、小さかったら0を選択する。そのようなしきい値は、[0,1]の範囲で決定される。このような特性を実現するための1つの関数は、数式14に示すシグモイド関数である。このシグモイド関数は、ニューラルネットワークの出力関数の非線形な特性を表現するためにも利用されている。   In other words, the probability that the next state is 1 can be expressed as a function using the one used in the original PSO (state, speed, pbest, gbest). Also, the parameter v, which is one or another decision tendency in the agent, determines the threshold value of the probability value. If v is large, the agent selects 1, and if v is small, selects 0. Such a threshold is determined in the range [0, 1]. One function for realizing such characteristics is a sigmoid function shown in Equation 14. This sigmoid function is also used to express the non-linear characteristic of the output function of the neural network.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

あるエージェントの傾向は、そのエージェントのそのグループの成功のために修正されなければならない。このため、それぞれの速度の式は、エージェントの現在状態と、そのエージェント及びグループのそれまで最も評価が高かった状態との差の関数となる。つまり、オリジナルの連続量に対するPSOのように、バイナリPSOは、以下の数式15,16のように記述できる。   An agent's trend must be corrected for the success of that group of agents. Thus, each velocity equation is a function of the difference between the agent's current state and the agent and group's most evaluated state so far. That is, like the PSO for the original continuous quantity, the binary PSO can be described as the following formulas 15 and 16.

Figure 2006209331
Figure 2006209331

Figure 2006209331
Figure 2006209331

結果的には、前述した数式9,10の代わりに数式15,16を用いることが異なるだけで、後はオリジナルのPSOと同様のアルゴリズムを利用することができる。速度vとしては、sig(vik)が0または1に急激に近くならないように最大値を決定する必要がある。
つまり、速度は常に1から0、あるいは0から1に変更する可能性があるようにする必要がある。この速度の最大値は、事前に決定する必要があるが、例えば[-4.0,+4.0]に設定される。
As a result, only the expressions 15 and 16 are used instead of the expressions 9 and 10 described above, and the same algorithm as the original PSO can be used thereafter. The speed v needs to be determined so that sig (vi k ) does not suddenly approach 0 or 1.
In other words, the speed must always be changed from 1 to 0 or from 0 to 1. The maximum value of the speed needs to be determined in advance, and is set to [−4.0, +4.0], for example.

B.バイナリモデルモデルを用いて機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法
(1)状態変数
対象とする機器の機器特性パラメータ値を番号付けする。対象機器数だけの要素をもつ配列でエージェントの状態を表現する。配列の各要素は対応する番号付けされた対象機器ごとのパラメータに対する対処を表現し、1,0のバイナリ値で要素を表現する。ここで、1は修正前の現在のパラメータ値を用いることを表し、0は計算された新しいパラメータ値を用いることを表す。
B. Method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value using a binary model model (1) State variable Numbering the device characteristic parameter value of the target device. The agent state is expressed by an array with elements equal to the number of target devices. Each element of the array expresses a response to the parameter for each corresponding numbered target device, and expresses the element with a binary value of 1, 0. Here, 1 indicates that the current parameter value before correction is used, and 0 indicates that the calculated new parameter value is used.

(2)求解アルゴリズム
・ステップ1:前提条件と初期条件設定
1)各計測値を入力する。
2)エージェント数、各最適化パラメータ値、最大探索回数を設定する。
(2) Solving algorithm step 1: Steps for setting preconditions and initial conditions 1) Input each measured value.
2) Set the number of agents, each optimization parameter value, and the maximum number of searches.

・ステップ2:初期値の生成
1)各エージェントの状態表現の配列の各要素に対して、ランダムにバイナリ値(1,0)を設定する。
2)pbest及びgbestの初期設定
各エージェント毎のpbest値及びgbest[0]値を、事前に設定した大きな値とする。また、gbestnum=0とする。
Step 2: Generation of initial value 1) A binary value (1, 0) is randomly set for each element of the array of state expressions of each agent.
2) Initial setting of pbest and gbest The pbest value and gbest [0] value for each agent are set to large values set in advance. Also, gbestnum = 0.

・ステップ3:各エージェントの評価
1)各エージェント毎の評価値の計算
現在状態の配列要素の1,0値により、各機器ごとに、現在のパラメータ値を用いるか修正された新たなパラメータ値を用いるかを指定し、その指定のもとで、現在のパラメータ値を用いるものについては、状態変数となるパラメータ値を現在のパラメータ値に固定し、前述した特願2004−218788に記載された方法を用いて計測補正値及び計測補正値を利用した時の目的関数(評価関数)値を計算する。
2)pbest値及びgbest値の更新
上記1)で計算した各エージェント毎の評価値が現在の各エージェント毎のpbest値より良かったら、現在の値をpbest値に変更する。
また、上記で計算したpbest値のうちの最良値が現在のgbest[gbestnum]より良かったら、gbestnum=gbestnum+1とし、その値をgbest[gbestnum]に格納する。
Step 3: Evaluation of each agent 1) Calculation of evaluation value for each agent Based on the 1, 0 value of the array element in the current state, the current parameter value is used for each device, or a new parameter value that has been modified The method described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-218788 is used to specify whether to use the current parameter value under the designation, and to fix the parameter value as a state variable to the current parameter value. Is used to calculate the measurement correction value and the objective function (evaluation function) value when the measurement correction value is used.
2) Update of pbest value and gbest value If the evaluation value for each agent calculated in 1) above is better than the current pbest value for each agent, the current value is changed to the pbest value.
If the best value of the pbest values calculated above is better than the current gbest [gbestnum], then gbestnum = gbestnum + 1 is set and the value is stored in gbest [gbestnum].

・ステップ4:各エージェントの探索点の修正
各エージェントごとに、状態変数値を数式15,16を用いて修正する。
・ステップ5:PSOによる探索の終了条件のチェック
探索回数が、入力した最大探索回数に達したら終了し、ステップ6へ移行する。
探索回数が最大探索回数に達しない場合は、ステップ3へ戻る。
・ステップ6:異常となっている機器の特定
gbest[gbestnum]〜gbest[1]において、この順番で、現在のパラメータ値を利用することとした機器を、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として出力し、終了する。
Step 4: Correction of search point of each agent The state variable value is corrected using Formulas 15 and 16 for each agent.
Step 5: Checking the search termination condition by PSO When the number of searches reaches the maximum number of searches that has been input, the procedure ends.
If the number of searches does not reach the maximum number of searches, the process returns to step 3.
-Step 6: Identifying the device that is abnormal
In gbest [gbestnum] to gbest [1], the devices that use the current parameter values in this order are output as devices having abnormal device characteristic parameter values, and the process ends.

C.Hybrid PSO(HPSO)
HPSOは、PSOのメカニズムとGA等で利用される自然淘汰の概念を組み合わせたハイブリッド手法である(P. Angeline,"Using Selection to Improve Particle Swarm Optimization",Proc. of IEEE International Conference on Evolutionary Computation (ICEC),Anchorage,May 1998.)。
メタヒューリスティック手法(MH手法)の多くは、自然淘汰に対応する選択の概念を入れている。選択は、探索空間の中で、他の探索点が最近探索した点と比較して相対的に有効である探索点に探索方向を向け直す機能となる。PSOもそれまでの探索で有効であった探索点(pbest,gbest)を利用しているが、その点自体にかなり依存してそれ以降の探索点が限定されてしまう。
C. Hybrid PSO (HPSO)
HPSO is a hybrid method that combines the mechanism of PSO and the concept of natural selection used in GA (P. Angeline, “Using Selection to Improve Particle Swarm Optimization”, Proc. Of IEEE International Conference on Evolutionary Computation (ICEC). ), Anchorage, May 1998.).
Many of the metaheuristic methods (MH methods) incorporate the concept of selection corresponding to natural selection. The selection has a function of redirecting the search direction to a search point that is relatively effective as compared to a point recently searched by another search point in the search space. The PSO also uses search points (pbest, gbest) that have been effective in the previous search, but the search points thereafter are limited depending on the points themselves.

これに対し、HPSOは、通常のMH手法と同様に有効な点は利用するが、その点への依存が徐々に薄らいでいくような機能を実現している。具体的には、現状の探索点の評価値を良い順番に並べ、事前に設定した割合分だけ、現状の探索点に対し評価値の最も悪いエージェントの探索点と速度から順番に、評価値の最も良いエージェントの値にリプレイスする。
この際、各エージェントのこれまで探索してきた最も評価が良い探索点(pbest)の情報は残す。このような方法により、有効な領域への探索の集中とこれまで探索してきた有効な領域への探索の方向の向け直し及びその方向への弱い依存関係という機能を実現することができる。
On the other hand, HPSO realizes a function that uses an effective point in the same way as a normal MH method, but gradually becomes less dependent on that point. Specifically, the evaluation values of the current search points are arranged in a good order, and the evaluation values are set in order from the search point and speed of the agent having the worst evaluation value with respect to the current search points by the preset ratio. Replace with the best agent value.
At this time, the information of the search point (pbest) that has been searched so far for each agent so far is left. By such a method, it is possible to realize functions such as concentration of search in an effective area, redirection of a search direction to an effective area that has been searched so far, and weak dependence on the direction.

HPSOの一般的なアルゴリズムは、図6のようになる。
すなわち、エージェント数に応じた複数の初期状態をランダムに生成し(S11)、各エージェントに対する目的関数値を数式7によって計算する(S12)。
次に、各エージェントの探索過程で目的関数を評価し、最良解が得られた状態をpbestとして保存する(S13)。その後、すべてのエージェントのpbestを比較し、最良解が得られたものをgbestとして保存する(S14)。
更に、評価の悪いエージェントの探索点及び速度を、評価の良いエージェントの探索点及び速度に変更することにより、HPSOの主要部である選択を実行する(S15)。
次いで、最大反復数に達したか否かを判断し、達した場合には現時点のgbest(最良解が得られたエージェント)の状態を最適解として出力する(S16yes,S18)。
また、最大反復数に達していない場合には、数式15,16により制約条件を満たす範囲で各エージェントの速度を計算し、探索点を移動してステップS2に戻る(S16no,S17)。
A general algorithm of HPSO is as shown in FIG.
That is, a plurality of initial states corresponding to the number of agents are randomly generated (S11), and an objective function value for each agent is calculated by Equation 7 (S12).
Next, the objective function is evaluated in the search process of each agent, and the state where the best solution is obtained is stored as pbest (S13). Thereafter, the pbest of all agents are compared, and the best solution obtained is saved as gbest (S14).
Further, by changing the search point and speed of the poorly evaluated agent to the search point and speed of the highly evaluated agent, selection which is a main part of HPSO is executed (S15).
Next, it is determined whether or not the maximum number of iterations has been reached. If it has been reached, the current state of g best (the agent that has obtained the best solution) is output as the optimum solution (S16yes, S18).
If the maximum number of iterations has not been reached, the speed of each agent is calculated within the range satisfying the constraint conditions according to equations 15 and 16, the search point is moved, and the process returns to step S2 (S16no, S17).

このアルゴリズムにより、HPSOはPSOとMH手法の選択のダイナミクスの混合となる。HPSOと従来のPSOのメカニズムとしての差は少ないが、この選択手法を加えることによって、評価の高い領域を集中的に探索するメカニズムが追加され、より良い解を見つけることができる探索メカニズムとなる。   With this algorithm, HPSO is a mixture of PSO and MH method selection dynamics. Although there is little difference between the mechanisms of HPSO and conventional PSO, by adding this selection method, a mechanism for intensively searching an area with high evaluation is added, and a search mechanism that can find a better solution is obtained.

D.HPSOを用いて機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する方法
定式化及び状態変数の取り方は、前節のPSOを用いた方法と同様である。HPSOを用いた求解アルゴリズムは以下のようになる。
・ステップ1:データの入力
1)各計測値を入力する。
2)エージェント数、各最適化パラメータ値、最大探索回数を設定する。
D. A method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value using HPSO The formulation and the method of taking state variables are the same as the method using PSO in the previous section. The solution algorithm using HPSO is as follows.
・ Step 1: Data input 1) Input each measured value.
2) Set the number of agents, each optimization parameter value, and the maximum number of searches.

・ステップ2:初期値の生成
1)各エージェントの状態表現の配列の各要素に対して、ランダムにバイナリ値(1,0)を設定する。
2)pbest及びgbestの初期設定
各エージェント毎のpbest値及びgbest[0]値を、事前に設定した大きな値とする。また、gbestnum=0とする。
Step 2: Generation of initial value 1) A binary value (1, 0) is randomly set for each element of the array of state expressions of each agent.
2) Initial setting of pbest and gbest The pbest value and gbest [0] value for each agent are set to large values set in advance. Also, gbestnum = 0.

・ステップ3:各エージェントの評価
1)各エージェント毎の評価値の計算
現在状態の配列要素の1,0値により、各機器ごとに、現在のパラメータ値を用いるか修正された新たなパラメータ値を用いるかを指定し、その指定のもとで、現在のパラメータ値を用いるものについては、状態変数となるパラメータ値を現在のパラメータ値に固定し、前述した特願2004−218788に記載された方法を用いて計測補正値及び計測補正値を利用した時の目的関数(評価関数)値を計算する。
2)pbest値及びgbest値の更新
上記1)で計算した各エージェント毎の評価値が現在の各エージェント毎のpbest値より良かったら、現在の値をpbest値に変更する。
また、上記で計算したpbest値のうちの最良値が現在のgbest[gbestnum]より良かったら、gbestnum=gbestnum+1とし、その値をgbest[gbestnum]に格納する。
Step 3: Evaluation of each agent 1) Calculation of evaluation value for each agent Based on the 1, 0 value of the array element in the current state, the current parameter value is used for each device, or a new parameter value that has been modified The method described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-218788 is used to specify whether to use the current parameter value under the designation, and to fix the parameter value as a state variable to the current parameter value. Is used to calculate the measurement correction value and the objective function (evaluation function) value when the measurement correction value is used.
2) Update of pbest value and gbest value If the evaluation value for each agent calculated in 1) above is better than the current pbest value for each agent, the current value is changed to the pbest value.
If the best value of the pbest values calculated above is better than the current gbest [gbestnum], then gbestnum = gbestnum + 1 is set and the value is stored in gbest [gbestnum].

・ステップ4:選択の実行
1)現在の各エージェントの評価値を良い順番にソーティングする。
2)事前に設定した割合(Sr)を用いて、変更する個体数(Ns)を以下の式により計算する。
[数17]
Ns=Round(Agentnum×Sr)
3)最も評価の悪いエージェントからNs個だけの探索点及び速度を、最も評価の良いエージェントからNs個だけの探索点及び速度と変更する。この際、変更したエージェントのpbest情報はそのままとする。
Step 4: Execution of selection 1) Sort the current evaluation values of each agent in good order.
2) Using the ratio (Sr) set in advance, the number of individuals to be changed (Ns) is calculated by the following formula.
[Equation 17]
Ns = Round (Agentnum × Sr)
3) Ns search points and speeds from the worst-rated agent are changed to Ns search points and speeds from the best-rated agent. At this time, the pbest information of the changed agent is left as it is.

・ステップ5:各エージェントの探索点の修正
1)各エージェント毎に、状態変数値を数式15,16を用いて修正する。
・ステップ6:PSOによる探索の終了条件のチェック
探索回数が、入力した最大探索回数に達したら終了し、ステップ6へ移行する。
探索回数が最大探索回数に達しない場合は、ステップ3へ戻る。
・ステップ7:異常となっている機器の特定
gbest[gbestnum]〜gbest[1]において、この順番で、現在のパラメータ値を利用することとした機器を、機器特性パラメータ値が異常となっている機器として出力し、終了する。
Step 5: Correction of search point of each agent 1) For each agent, the state variable value is corrected using Formulas 15 and 16.
Step 6: Checking the search end condition by PSO When the number of searches reaches the input maximum number of searches, the process ends.
If the number of searches does not reach the maximum number of searches, the process returns to step 3.
-Step 7: Identifying the device that is abnormal
In gbest [gbestnum] to gbest [1], the devices that use the current parameter values in this order are output as devices having abnormal device characteristic parameter values, and the process ends.

8.計測値が異常になっている計測器の特定方法
次に、上述した種々の方法により機器特性パラメータ値が異常となっている機器に対し、この機器に関連する計測器を選択し、選択した計測器のうち計測値が異常となっている計測器を特定する。
具体的には、前述した特願2004−218788「ネットワークにおける計測値の精査装置」の請求項5に示す如く、ネットワークを構成する各機器に対して入出力される電気・ガス・水・蒸気等のエネルギーの計測値の状態から正常値及び異常値を指定し、正常値として指定されたエネルギーの計測値のみを対象として計測値と計算値との誤差を最小化する目的関数と、前記計測値が正常である場合の事象確率を考慮した目的関数とを総合した全体目的関数を用い、この全体目的関数による評価値が最も小さい事象において異常値として指定した計測値を計測異常値として出力する方法により、計測値が異常となっている計測器を特定する。ここで、正常値及び異常値の指定、並びに全体目的関数を用いた評価による計測異常値の出力には、列挙法や遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法、タブサーチまたはその改良手法、Particle Swarm Optimizationまたはその改良手法が用いられる。
また、計測値が異常となっている計測器を特定する際に、付随的に求められる計測補正値を出力する。
そのアルゴリズムは以下の通りである。
8). Method for identifying measuring instrument with abnormal measured value Next, select the measuring instrument related to this instrument for the instrument whose parameter value is abnormal by the various methods described above, and select the selected measurement. Identify the measuring instrument whose measured value is abnormal.
Specifically, as shown in claim 5 of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-218788 “Measured Value Examination Device in Network”, electricity, gas, water, steam, etc. input / output to / from each device constituting the network An objective function that specifies normal values and abnormal values from the state of measured values of the energy, minimizes the error between the measured value and the calculated value for only the measured value of energy specified as the normal value, and the measured value A method that outputs the measured value specified as an abnormal value as an abnormal value in the event with the smallest evaluation value based on the overall objective function, using an overall objective function that combines the objective function that takes into account the event probability when the is normal Thus, the measuring instrument in which the measured value is abnormal is specified. Here, the normal values and abnormal values are specified, and the measurement abnormal values output by the evaluation using the overall objective function include enumeration method, genetic algorithm or its improved method, tab search or its improved method, Particle Swarm Optimization or The improved technique is used.
In addition, when specifying a measuring instrument having an abnormal measurement value, a measurement correction value obtained incidentally is output.
The algorithm is as follows.

・ステップ1
前述した方法により、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する。
・ステップ2
特定された機器に関連する計測器の計測値だけを対象として、上述した特願2004−218788「ネットワークにおける計測値の精査装置」に記載された方法により、計測値が異常となっている計測器を特定する。
・ステップ3:計測値が異常となっている計測器、及びその計測値に対して、ステップ2の過程で求められた最も確からしい計測補正値を出力する。
Step 1
By the above-described method, a device whose device characteristic parameter value is abnormal is specified.
Step 2
A measuring instrument whose measurement value is abnormal by the method described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-218788 “Scrutinized Device for Measuring Values in a Network” for only the measurement value of the measuring instrument related to the specified device. Is identified.
Step 3: The most probable measurement correction value obtained in the process of Step 2 is output for the measuring instrument in which the measurement value is abnormal and the measurement value.

9.以下に、請求項7に係る機器・計測器診断装置について図7を参照しつつ説明する。
この機器・計測器診断装置は、同時性を確保した計測値が入力されると共に、請求項1〜6の何れかにより機器特性パラメータ値が異常となっている機器及び計測値が異常となっている計測器を特定する情報出力装置100と、機器特性パラメータ値、その機器(機器名)、計測値が異常となっている計測器(計測器名)、及び、計測補正値を画面に表示出力する表示装置200とから構成されている。
9. A device / measurement device diagnostic apparatus according to claim 7 will be described below with reference to FIG.
In this device / measuring instrument diagnostic device, a measurement value ensuring simultaneity is input, and the device characteristic parameter value is abnormal according to any one of claims 1 to 6 and the measurement value is abnormal. Information output device 100 for identifying the measuring instrument, the device characteristic parameter value, the device (device name), the measuring device (measurement device name) in which the measured value is abnormal, and the measurement correction value are displayed on the screen. Display device 200.

図7において、情報出力装置100には、ネットワーク中に設置された各計測器から同期の取れた計測値が入力される。この同期の取り方には、例えばGPSなどを利用し、事前に決定した周期(例えば10分単位)で計測値と同時に時間タグを付けた計測データを装置に入力し、装置側でもGPSに合わせた計測時間を持ち、各計測機器の計測データのうち、この装置側の計測時間に一番近いデータをその時点での計測値とする方法が考えられる。
また、この方法はGPSを用いるのではなく、各計測器をネットワークで接続し、NTPサーバなどによって絶対時間の同期をとり、この絶対的な計測時間の時間タグと計測値とを装置に入力し、同じ計測時間の計測値を同期のとれた計測値としてみる方法も考えられる。
In FIG. 7, synchronized measurement values are input to the information output apparatus 100 from each measuring instrument installed in the network. For this synchronization, for example, using GPS or the like, measurement data with a time tag is input to the device at the same time as the measurement value at a predetermined period (for example, in units of 10 minutes), and the device also adjusts to GPS. A method is conceivable in which, among the measurement data of each measuring device, the data closest to the measurement time on the apparatus side is used as the measurement value at that time.
This method does not use GPS, but connects each measuring instrument via a network, synchronizes the absolute time with an NTP server, etc., and inputs the time tag and measurement value of this absolute measurement time to the device. Another possible method is to view the measurement values for the same measurement time as synchronized measurement values.

このようにして入力された計測値群は加工装置110に入力され、加工装置110では、事前に設定した周期毎の計測値の平均値を求め、同じ期間の計測値群を特定装置120に送る(図7のa)。ここで、特定装置120は、前述した最適なパラメータの計算装置121、及び、機器特性式または定常ネットワークシミュレータ122により構成されている。
特定装置120では、入力された計測値群を用いて、事前に設定された周期毎に、請求項1〜5の何れかにより機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する。その際、パラメータ値が異常とならなかった場合には、パラメータ値保存データベース130に各パラメータ値を保存する(図7のb)。また、機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する際には、前記データベース130から現在の機器特性パラメータ値を入力する(図7のc)。
パラメータ値が異常であると特定された機器情報は、計測値が異常な計測器の特定装置140に送られ(図7のd)、特定装置140は、上記機器情報に基づいて計測値が異常な計測器を特定する。この際、付随的に、異常な計測値に対する最も確からしい計測値が計算により求められる(計測補正値)。
機器・計測器情報生成装置150は、特定装置140から入力されたデータに基づいて異常となっている機器特性パラメータ値、その機器(機器名)、計測値が異常となっている計測器(計測器名)、及び、計測補正値のデータを生成し(図7のe)、これらを表示装置200により画面に表示出力させる。
The measurement value group input in this way is input to the machining apparatus 110, and the machining apparatus 110 obtains an average value of the measurement values for each preset period and sends the measurement value group for the same period to the identification apparatus 120. (Fig. 7a). Here, the specifying device 120 includes the above-described optimal parameter calculation device 121 and the device characteristic equation or steady network simulator 122.
The specifying device 120 uses the input measurement value group to specify a device whose device characteristic parameter value is abnormal according to any one of claims 1 to 5 for each period set in advance. At this time, if the parameter value does not become abnormal, each parameter value is stored in the parameter value storage database 130 (b in FIG. 7). Further, when specifying a device whose device characteristic parameter value is abnormal, the current device characteristic parameter value is input from the database 130 (c in FIG. 7).
The device information identified as having an abnormal parameter value is sent to the measuring device identifying device 140 having an abnormal measurement value (FIG. 7D), and the identifying device 140 has an abnormal measurement value based on the device information. The right instrument. At this time, incidentally, the most probable measurement value for the abnormal measurement value is obtained by calculation (measurement correction value).
The device / measurement device information generation device 150 has an abnormal device characteristic parameter value based on the data input from the specific device 140, the device (device name), and a measurement device (measurement) in which the measurement value is abnormal. Device name) and measurement correction value data are generated (e in FIG. 7), and these are displayed on the screen by the display device 200.

次に、本発明の実施例について述べる。
1.計算条件
図8に、本実施例が適用されるコジェネレーションシステムを示す。図において、301はガスタービン、302はボイラ、303はスチームタービン、304は熱負荷、305は電気負荷であり、データの計測点としては10個の計測点m〜m10を仮定している。
Next, examples of the present invention will be described.
1. Calculation Conditions FIG. 8 shows a cogeneration system to which this embodiment is applied. In the figure, 301 is a gas turbine, 302 is a boiler, 303 is a steam turbine, 304 is a heat load, 305 is an electric load, and 10 measurement points m 1 to m 10 are assumed as data measurement points. .

(1)機器モデル
1)ガスタービン301
ここでは、排熱ボイラも含めてガスタービン301としてモデル化しており、ガスタービン301は、燃料を入力することにより、電気と蒸気を出力するモデルとなっている。ガスタービン301の入出力関係は数式18,19に示す通りであり、入出力量は数式20,21に示すように各々線形形式で表現されているとする。
[数18]
=f(x
[数19]
=f(x
[数20]
=a+b
[数21]
=a+b
ここで、x:ガスタービンへの燃料入力量
:ガスタービンの電気出力量
:ガスタービンの蒸気出力量
,b,a,b:ガスタービンの機器特性パラメータ
(1) Equipment model 1) Gas turbine 301
Here, the exhaust gas boiler is modeled as a gas turbine 301. The gas turbine 301 is a model that outputs electricity and steam by inputting fuel. The input / output relationship of the gas turbine 301 is as shown in Equations 18 and 19, and the input / output amount is expressed in linear form as shown in Equations 20 and 21, respectively.
[Equation 18]
y 1 = f 1 (x 1 )
[Equation 19]
y 2 = f 2 (x 1 )
[Equation 20]
y 1 = a 1 x 1 + b 1
[Equation 21]
y 2 = a 2 x 1 + b 2
Where x 1 : fuel input to the gas turbine
y 1 : Electric output amount of gas turbine
y 2 : Steam output amount of gas turbine
a 1 , b 1 , a 2 , b 2 : equipment characteristic parameters of the gas turbine

2)スチームタービン303
スチームタービン303は、蒸気を入力することにより電気と熱(蒸気または温水)を出力するモデルとなっている。スチームタービン303の入出力関係は数式22,23に示す通りであり、入出力量は数式24,25に示すように各々線形形式で表現されているとする。
[数22]
=f(x
[数23]
=f(x
[数24]
=a+b
[数25]
=a+b
ここで、x:スチームタービンへの蒸気入力量(=y
:スチームタービンの電気出力量
:スチームタービンの熱出力量
,b,a,b:スチームタービンの機器特性パラメータ
2) Steam turbine 303
The steam turbine 303 is a model that outputs electricity and heat (steam or hot water) by inputting steam. The input / output relationship of the steam turbine 303 is as shown in Formulas 22 and 23, and the input / output amounts are expressed in linear form as shown in Formulas 24 and 25, respectively.
[Equation 22]
y 3 = f 3 (x 2 )
[Equation 23]
y 4 = f 4 (x 2 )
[Equation 24]
y 3 = a 3 x 2 + b 3
[Equation 25]
y 4 = a 4 x 2 + b 4
Here, x 2 : Steam input amount to the steam turbine (= y 2 )
y 3 : Electric power output of steam turbine
y 4 : Heat output of steam turbine
a 3 , b 3 , a 4 , b 4 : equipment characteristic parameters of the steam turbine

3)ボイラ302
ボイラ302は、燃料を入力することにより、熱(蒸気または温水)を出力するモデルとなっている。ボイラ302の入出力関係は数式26に示す通りであり、入出力量は数式27に示すように線形形式で表現されているとする。
[数26]
=f(x
[数27]
=a+b
ここで、x:ボイラへの燃料入力量
:スチームタービンの熱出力量
,b:ボイラの機器特性パラメータ
3) Boiler 302
The boiler 302 is a model that outputs heat (steam or hot water) by inputting fuel. The input / output relationship of the boiler 302 is as shown in Expression 26, and the input / output amount is expressed in a linear form as shown in Expression 27.
[Equation 26]
y 5 = f 5 (x 3 )
[Equation 27]
y 5 = a 5 x 3 + b 5
Where x 3 : fuel input to the boiler
y 5 : heat output of steam turbine
a 5, b 5: Equipment characteristics of the boiler parameters

4)電気合計出力量(電気負荷305)
電気合計出力量は、数式28に示すように、ガスタービン301及びスチームタービン303で発生した電気出力合計値となる。
[数28]
=f(y,y,y)=y+y+y
ここで、y:電気購入分
:電気合計出力量
4) Total electricity output (electric load 305)
The total electrical output amount is a total electrical output value generated by the gas turbine 301 and the steam turbine 303 as shown in Equation 28.
[Equation 28]
y 7 = f 7 (y 1 , y 3 , y 6 ) = y 1 + y 3 + y 6
Where y 6 : Electricity purchase
y 7: electrical total output quantity

5)熱合計出力量(熱負荷304)
熱合計出力量は、スチームタービン303及びボイラ302で出力された熱であり、数式29で表される。
[数29]
=f(y,y)=y+y
ここで、y:熱合計出力量
5) Total heat output (heat load 304)
The total heat output amount is the heat output from the steam turbine 303 and the boiler 302, and is expressed by Equation 29.
[Equation 29]
y 8 = f 8 (y 4 , y 5 ) = y 4 + y 5
Where y 8 : total heat output

上記実施例では、a〜a,b〜bが、機器特性パラメータ値が異常になっているかどうかを判定するパラメータとなる。また、パラメータ値が異常になっているかどうかを判定する対象機器は、ガスタービン301、スチームタービン303及びボイラ302となる。
なお、ここでは簡略化のため、冷却塔、復水器、冷凍機等の機器は無視している。
In the above embodiment, a 1 to a 5 and b 1 to b 5 are parameters for determining whether or not the device characteristic parameter value is abnormal. The target devices that determine whether or not the parameter value is abnormal are the gas turbine 301, the steam turbine 303, and the boiler 302.
Here, for simplification, equipment such as a cooling tower, a condenser, and a refrigerator is ignored.

(2)定常ネットワークシミュレータ
定常ネットワークシミュレータでは、ガスタービン301への燃料入力量xによって、ガスタービン301及びスチームタービン303からの電気出力量y,yが得られ、これらと電気購入量yとを合計して電気負荷305に対する電気合計出力量yを得る状態を模擬する。また、スチームタービン303からの熱出力量yとボイラ302からの熱出力量yとを合計して熱負荷304に対する熱合計出力量yを得る状態を模擬する。
この例題では、全て線形モデルになっているため、収束計算は必要なく、以下のようなステップで入力から出力を得ることができる。
(2) Steady Network Simulator In the steady network simulator, the electric output amounts y 1 and y 3 from the gas turbine 301 and the steam turbine 303 are obtained from the fuel input amount x 1 to the gas turbine 301, and these and the electric purchase amount y by summing the 6 to simulate a condition of obtaining an electrical total output quantity y 7 to the electrical load 305. Further, a state in which the heat output amount y 4 from the steam turbine 303 and the heat output amount y 5 from the boiler 302 are summed to obtain a total heat output amount y 8 for the heat load 304 is simulated.
In this example, since all are linear models, no convergence calculation is required, and the output can be obtained from the input in the following steps.

・ステップ1:ガスタービン301への燃料入力量xと数式20,21から、ガスタービン出力量y,yを計算する。
・ステップ2:ステップ1で計算したガスタービン出力量yと数式24,25より、スチームタービン出力量y,yを計算する。
・ステップ3:ボイラ302への燃料入力量xと数式27から、ボイラ出力量yを計算する。
・ステップ4:ステップ1,2で得られたガスタービンの電気出力量y、スチームタービンの電気出力量y、電気購入量y、及び数式28を用いて、電気合計出力量yを計算する。
・ステップ5:ステップ2で得られたスチームタービンの熱出力量yとステップ3で得られたボイラの熱出力量yと数式29から、熱合計出力量yを計算する。
Step 1: The gas turbine output amounts y 1 and y 2 are calculated from the fuel input amount x 1 to the gas turbine 301 and the equations 20 and 21.
Step 2: The steam turbine output amounts y 3 and y 4 are calculated from the gas turbine output amount y 2 calculated in Step 1 and the formulas 24 and 25.
Step 3: The boiler output amount y 5 is calculated from the fuel input amount x 3 to the boiler 302 and Equation 27.
Step 4: The electric power output y 1 of the gas turbine obtained in Steps 1 and 2, the electric power output y 3 of the steam turbine, the electric purchase amount y 6 , and Equation 28 are used to calculate the total electric power output y 7 . calculate.
Step 5: Calculate the total heat output y 8 from the heat output y 4 of the steam turbine obtained in Step 2 and the heat output y 5 of the boiler obtained in Step 3 and Equation 29.

(3)計測点及び計測値、計算値
図10の計測点m〜m10における計測値をm1meas〜m10measとし、mimeasはi番目の計測値を意味するものとする。また、各計測点m〜m10における計算値をm1calc〜m10calcとし、micalcはi番目の計算値を意味するものとする。
各計測値は、数式30〜39のように計算することができる。
[数30]
1calc=x
[数31]
2calc=x
[数32]
3calc=y
[数33]
4calc=y
[数34]
5calc=y
[数35]
6calc=y
[数36]
7calc=y
[数37]
8calc=y
[数38]
9calc=y
[数39]
10calc=y
(3) Measurement Point, Measurement Value, and Calculation Value Measurement values at measurement points m 1 to m 10 in FIG. 10 are m 1meas to m 10meas, and m imeas means the i-th measurement value. In addition, the calculated values at the respective measurement points m 1 to m 10 are m 1calc to m 10calc, and micalc means the i-th calculated value.
Each measured value can be calculated as in Expressions 30 to 39.
[Equation 30]
m 1calc = x 1
[Equation 31]
m 2calc = x 3
[Formula 32]
m 3calc = y 6
[Equation 33]
m 4calc = y 1
[Formula 34]
m 5calc = y 2
[Equation 35]
m 6calc = y 5
[Equation 36]
m 7calc = y 3
[Equation 37]
m 8calc = y 7
[Equation 38]
m 9calc = y 4
[Equation 39]
m 10calc = y 8

2.計算の実行
A.機器特性パラメータ値が異常になっている機器の特定方法
上述した計算条件を用い、請求項1〜5の発明によって機器特性パラメータ値が異常になっている機器を特定することができる。ここでは、例として前述した請求項1の実施形態における方式2と請求項2にかかる列挙法を用いた場合について説明する。
事前に決定したサイクルごとに最適パラメータ値を計算し、前述した数式8を用いて特性式のパラメータ値が変化したかどうかを判定する。この際、パラメータ値が変化したと判定された場合には、ガスタービン、スチームタービン、ボイラについてパラメータ値の組合せを作成する。この組合せは以下のようになる。
(組合せ1):(ガスタービン)
(組合せ2):(スチームタービン)
(組合せ3):(ボイラ)
(組合せ4):(ガスタービン、スチームタービン)
(組合せ5):(ガスタービン、ボイラ)
(組合せ6):(スチームタービン、ボイラ)
(組合せ7):(ガスタービン、スチームタービン、ボイラ)
2. Execution of calculation Method for Identifying Device with Device Characteristic Parameter Value Abnormal Using the above-described calculation conditions, a device with an abnormal device characteristic parameter value can be identified by the inventions of claims 1 to 5. Here, as an example, a case where the method 2 in the embodiment of claim 1 and the enumeration method according to claim 2 are used will be described.
The optimum parameter value is calculated for each cycle determined in advance, and it is determined whether the parameter value of the characteristic equation has changed using Equation 8 described above. At this time, if it is determined that the parameter value has changed, a combination of parameter values is created for the gas turbine, steam turbine, and boiler. This combination is as follows.
(Combination 1): (Gas turbine)
(Combination 2): (Steam turbine)
(Combination 3): (Boiler)
(Combination 4): (Gas turbine, steam turbine)
(Combination 5): (Gas turbine, boiler)
(Combination 6): (Steam turbine, boiler)
(Combination 7): (Gas turbine, steam turbine, boiler)

機器特性パラメータ値が変化したと判定された場合、機器特性パラメータ値には新しい計算値が得られている。上記の各組合せに対して、その対象機器の現在のパラメータ値を図7のパラメータ値保存データベース130から入力し、その対象機器のみに対して、パラメータ値を、現在得られている新しい計算値から上記現在のパラメータ値に変更する。例えば、上記組合せ1に対しては、ガスタービンのパラメータ値のみを、データベース130から入力した現在のパラメータ値に変更する。   When it is determined that the device characteristic parameter value has changed, a new calculated value is obtained as the device characteristic parameter value. For each of the above combinations, the current parameter value of the target device is input from the parameter value storage database 130 of FIG. 7, and the parameter value for only the target device is calculated from the new calculated value currently obtained. Change to the current parameter value. For example, for the combination 1, only the gas turbine parameter value is changed to the current parameter value input from the database 130.

このようにして得られた各組合せに対するガスタービン、スチームタービン、ボイラのパラメータ値群を利用して、前述した特願2004−218788「ネットワークにおける計測値の精査装置」に記載された方法により、計測補正値を求める。この中で、目的関数、つまり、計測値と計算値との誤差を最も小さくする組合せから順番に並べ、この組合せの順番に従って、対象機器を機器特性パラメータ値が異常となっている確率が高い機器として特定する。例えば、このような組合せの上位3つが
(組合せ1):(ガスタービン)
(組合せ4):(ガスタービン、スチームタービン)
(組合せ5):(ガスタービン、ボイラ)
であった場合、以下の順番で機器特性パラメータ値が異常となっている機器が特定される。
(1)ガスタービン
(2)ガスタービンとスチームタービン
(3)ガスタービンとボイラ
By using the parameter value group of the gas turbine, steam turbine, and boiler for each combination obtained in this way, measurement is performed by the method described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-218788 “Measurement Value Examination Device in Network”. Find the correction value. Among them, objective functions, that is, devices with a high probability that the device characteristic parameter value is abnormal according to the order of this combination, in order from the combination that minimizes the error between the measured value and the calculated value. As specified. For example, the top three of such combinations are (combination 1): (gas turbine)
(Combination 4): (Gas turbine, steam turbine)
(Combination 5): (Gas turbine, boiler)
In this case, the devices whose device characteristic parameter values are abnormal are identified in the following order.
(1) Gas turbine (2) Gas turbine and steam turbine (3) Gas turbine and boiler

B.計測値が異常となっている計測器の特定
例えば、パラメータ値が異常となっている機器がガスタービン(組合せ1)であると特定されたとする。このガスタービンに関連する計測値は、m,m,mである。
従って、上記特願2004−218788「ネットワークにおける計測値の精査装置」の請求項5以下の方法により計測値が異常である計測器を求める際に、対象となる計測器をこの3つの計測値に対応する計測器のみとする。ここでは、上記特願2004−218788「ネットワークにおける計測値の精査装置」の請求項6に記載された列挙法を用いた方法を利用した場合について説明する。
B. Identification of a measuring instrument having an abnormal measurement value For example, assume that a device having an abnormal parameter value is specified as a gas turbine (combination 1). Measurements associated with this gas turbine are m 1 , m 4 , m 5 .
Therefore, when obtaining a measuring instrument having an abnormal measurement value by the method of claim 5 or later of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-218788 “Measurement apparatus for measured values in a network”, the target measuring instrument is changed to these three measurement values. Only corresponding measuring instruments. Here, the case where the method using the enumeration method described in claim 6 of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-218788 “measurement value scrutinizing device in a network” will be described.

まず、計測値と計算値との誤差を最小化する対象から除く計測値の組合せを生成する。
この組合せは、以下のようになる。
(組合せ1):(m
(組合せ2):(m
(組合せ3):(m
(組合せ4):(m,m
(組合せ5):(m,m
(組合せ6):(m,m
(組合せ7):(m,m,m
これらの組合せに対して、計測値と計算値との誤差を最小化する計測補正値の計算を実施し、最も誤差が小さくなる場合から順番に並べる。例えば、最も誤差が小さくなるものが組合せ1である場合、mに対応する計測器を、計測値が異常となっている確率が最も高い計測器として特定する。また、その計測器の計測値に対し、最も確からしい計測値を同時に出力する。
First, a combination of measurement values that are excluded from a target that minimizes an error between a measurement value and a calculation value is generated.
This combination is as follows.
(Combination 1): (m 1 )
(Combination 2): (m 4 )
(Combination 3): (m 5 )
(Combination 4): (m 1 , m 4 )
(Combination 5): (m 1 , m 5 )
(Combination 6): (m 4 , m 5 )
(Combination 7): (m 1 , m 4 , m 5 )
For these combinations, a measurement correction value that minimizes the error between the measurement value and the calculation value is calculated, and arranged in order from the smallest error. For example, those most error becomes smaller when a combination 1, the instrument corresponding to m 1, the probability that the measurement value becomes abnormal is identified as the highest instrument. In addition, the most probable measurement value is simultaneously output for the measurement value of the measuring instrument.

以上の計算結果を、表示装置200の画面に例えば以下のように表示出力する。
「・機器特性パラメータ値が異常な機器は、以下の順番に確率が高い。
(1)ボイラ
(2)ガスタービン
(3)スチームタービン
・計測値が異常となっている計測器は、以下の順番に確率が高い。
(1)ボイラの計測値m1に対する○○。最も確からしい計測値は××。
(2)ボイラの計測値m4に対する△△。最も確からしい計測値は●●。」
The above calculation results are displayed and output on the screen of the display device 200 as follows, for example.
“・ Devices with abnormal device characteristic parameter values have a high probability in the following order.
(1) Boiler (2) Gas turbine (3) Steam turbine ・ A measuring instrument with an abnormal measurement value has a high probability in the following order.
(1) OO with respect to the measured value m1 of the boiler. The most probable measurement is XX.
(2) ΔΔ with respect to boiler measured value m4. The most probable measurement is ●●. "

上記のような表示を見た運転員は、まずボイラ302の計測器及びそれに付随する通信設備などを点検し、次にガスタービン301について点検するというCondition-based Maintenance (CBM)を実現することができる。
また、最も確からしい計測補正値を運用操作及び運用制御に用いることにより、対象プラントの運転を持続することが可能となる。
The operator who sees the display as described above can implement Condition-based Maintenance (CBM) in which the measuring instrument of the boiler 302 and the communication equipment associated therewith are first inspected, and then the gas turbine 301 is inspected. it can.
Moreover, it becomes possible to continue the operation of the target plant by using the most probable measurement correction values for the operation operation and operation control.

本発明の実施形態における最適パラメータの計算概念を示す図である。It is a figure which shows the calculation concept of the optimal parameter in embodiment of this invention. PSOにおける探索点の修正の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the correction of the search point in PSO. PSOにおける解探索の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the solution search in PSO. 数式11における重み係数の説明図である。It is explanatory drawing of the weighting coefficient in Numerical formula 11. PSOの1回の最適化試行におけるアルゴリズムの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the algorithm in one optimization trial of PSO. HPSOのアルゴリズムの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the algorithm of HPSO. 本発明の実施形態における機器・計測器診断装置の構成図である。It is a block diagram of the apparatus and measuring device diagnostic apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施例が適用されるコジェネレーションシステムを示す図である。It is a figure which shows the cogeneration system with which the Example of this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

10:最適化部
20:機器特性式
100:情報出力装置
110:計測情報の加工装置
120:機器特性パラメータ値が異常な機器の特定装置
121:最適化部
122:機器特性式または定常ネットワークシミュレータ
130:パラメータ値保存データベース
140:計測値が異常な計測器の特定装置
150:機器・計測器情報生成装置
200:表示装置
301:ガスタービン
302:ボイラ
303:スチームタービン
304:熱負荷
305:電気負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Optimization part 20: Equipment characteristic formula 100: Information output apparatus 110: Measurement information processing apparatus 120: Equipment specification apparatus with an abnormal equipment characteristic parameter value 121: Optimization section 122: Equipment characteristic formula or stationary network simulator 130 : Parameter value storage database 140: Device for identifying measuring instrument with abnormal measurement value 150: Device / measuring device information generating device 200: Display device 301: Gas turbine 302: Boiler 303: Steam turbine 304: Thermal load 305: Electric load

Claims (7)

ネットワークを構成する各機器に対して入出力される電気・ガス・水・蒸気等のエネルギーの計測値と計算値との誤差、及び、各機器特性パラメータ値の規定値からの誤差を最小化する目的関数を用い、状態変数としての各機器特性パラメータ値を最適化手法により求めて出力する最適化部と、
ネットワークを構成する各機器の機器モデル、機器運用ルール等を内部に有し、前記最適化部から入力される各機器特性パラメータ値のもとで、機器の入力エネルギーに対する出力エネルギーを求めて計測値に対する計算値として出力する機器特性式、または、ネットワークを構成する各機器の機器モデル、機器運用ルール、各機器の接続状態、及び、ネットワークのエネルギーフローに関する方程式等を内部に有し、前記最適化部から入力される各機器特性パラメータ値のもとで、定常状態のある時間断面におけるネットワーク内の各部の状態量を求めて計測値に対する計算値として出力する定常ネットワークシミュレータと、を備え、
最適化部に対象機器の入出力エネルギーの初期値として現在の計測値を入力すると共に、機器特性パラメータ値の規定値を入力し、機器特性式または定常ネットワークシミュレータに現在の機器特性パラメータ値を入力して計測値に対する計算値を求め、
最適化部は、入力された計測値と機器特性式または定常ネットワークシミュレータにより求められた計算値とを用いて最適化手法により全ての機器の機器特性パラメータ値を求める処理を繰り返し、その回数が事前の設定回数に達した時点のパラメータ値を各機器特性式の最適パラメータ値として出力し、
更に、最適パラメータ値と規定値との偏差及び所定の重み係数に基づいて計算した値を設定値と比較して機器特性パラメータ値が変化した機器群を求め、これらの機器群に関連する計測器の計測値が異常である場合に、上記機器群の中から、最適化手法を用いて機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定することを特徴とするネットワーク上の機器診断装置。
Minimize errors between measured and calculated values of energy such as electricity, gas, water, and steam that are input to and output from each device that makes up the network, and errors from specified values of each device characteristic parameter value. An optimization unit that obtains and outputs each device characteristic parameter value as a state variable by an optimization method using an objective function,
It has a device model, device operation rules, etc. of each device that constitutes the network inside, and based on each device characteristic parameter value input from the optimization unit, it calculates the output energy relative to the input energy of the device. The device characteristic equation that is output as a calculated value for the device, or the device model of each device that constitutes the network, the device operation rule, the connection state of each device, and the equation relating to the energy flow of the network, etc. Under each device characteristic parameter value input from the unit, a steady network simulator that obtains a state quantity of each unit in the network in a time section with a steady state and outputs it as a calculated value for the measured value, and
Input the current measured value as the initial value of the input / output energy of the target device to the optimization unit, input the specified value of the device characteristic parameter value, and input the current device characteristic parameter value to the device characteristic equation or steady network simulator To obtain the calculated value for the measured value,
The optimization unit repeats the process of obtaining the device characteristic parameter values of all devices by the optimization method using the input measurement value and the device characteristic equation or the calculated value obtained by the steady network simulator. The parameter value when the set number of times is reached is output as the optimum parameter value for each device characteristic equation.
Further, a device group in which the device characteristic parameter value is changed is obtained by comparing a value calculated based on a deviation between the optimum parameter value and the specified value and a predetermined weighting factor with a set value, and measuring instruments related to these device groups. A device diagnostic apparatus on a network, characterized in that, when the measured value is abnormal, a device having an abnormal device characteristic parameter value is identified from the device group using an optimization method.
請求項1に記載した機器診断装置において、
機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、列挙法を用いることを特徴とする機器診断装置。
In the apparatus diagnostic apparatus according to claim 1,
An apparatus diagnosis apparatus using an enumeration method as an optimization technique for identifying an apparatus having an abnormal apparatus characteristic parameter value.
請求項1に記載した機器診断装置において、
機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、遺伝的アルゴリズムまたはその改良手法を用いることを特徴とする機器診断装置。
In the apparatus diagnostic apparatus according to claim 1,
A device diagnostic apparatus characterized by using a genetic algorithm or an improved method thereof as an optimization method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value.
請求項1に記載した機器診断装置において、
機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、タブサーチまたはその改良手法を用いることを特徴とする機器診断装置。
In the apparatus diagnostic apparatus according to claim 1,
A device diagnostic apparatus characterized by using a tab search or an improved method thereof as an optimization method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value.
請求項1に記載した機器診断装置において、
機器特性パラメータ値が異常となっている機器を特定する最適化手法として、Particle Swarm Optimizationまたはその改良手法を用いることを特徴とする機器診断装置。
In the apparatus diagnostic apparatus according to claim 1,
A device diagnostic apparatus using Particle Swarm Optimization or an improved method thereof as an optimization method for identifying a device having an abnormal device characteristic parameter value.
請求項1〜5の何れか1項に記載した機器診断装置により特定された機器に関連する計測器を対象として、計測値が異常となっている計測器を最適化手法を用いて特定することを特徴とするネットワーク上の計測器診断装置。   Identifying a measuring instrument having an abnormal measurement value using an optimization method for a measuring instrument related to the device specified by the device diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 5. A measuring instrument diagnostic device on the network. 請求項1〜5の何れか1項に記載した機器診断装置により特定された機器に関する情報と、請求項6に記載した計測器診断装置により計測値が異常であると特定された計測器に関する情報と、異常な計測値に対して最も確からしいと推定される計測補正値と、を画面に表示出力させることを特徴とするネットワーク上の機器診断装置及び計測器診断装置。   Information related to the device specified by the device diagnostic device according to any one of claims 1 to 5, and information related to a measuring device specified by the measurement device diagnostic device according to claim 6 that the measurement value is abnormal And an apparatus diagnostic apparatus and a measuring instrument diagnostic apparatus on a network, characterized in that a measurement correction value estimated to be most probable for an abnormal measurement value is displayed on a screen.
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