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JP7649730B2 - Anomaly detection device, anomaly detection system, and anomaly detection method - Google Patents

Anomaly detection device, anomaly detection system, and anomaly detection method Download PDF

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JP7649730B2 JP2021180097A JP2021180097A JP7649730B2 JP 7649730 B2 JP7649730 B2 JP 7649730B2 JP 2021180097 A JP2021180097 A JP 2021180097A JP 2021180097 A JP2021180097 A JP 2021180097A JP 7649730 B2 JP7649730 B2 JP 7649730B2
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Description

本発明は、異常検出装置、異常検出システム、及び異常検出方法に関する。 The present invention relates to an anomaly detection device, an anomaly detection system, and an anomaly detection method.

従来から、システムの正常性を評価するための物理量を計測器で計測し、その計測値と予め決められた基準値と比較すること等によって、システムの異常を検出することが行われている。 Conventionally, abnormalities in a system have been detected by using a measuring instrument to measure physical quantities to evaluate the normality of the system and comparing the measured values with predetermined reference values.

例えば、高圧の電力システムでは、系統負荷が過負荷状態になっていることや電路における短絡等の異常を検出して、遮断器等を動作させてシステムを保護する。そのために、回路に流れる負荷電流を電流計測器で計測し、その計測信号を保護継電器に入力し、電流計測器から出力された電気信号に基づく電流が予め定められた基準値を超えたときに、過負荷や短絡といった異常を検出する。 For example, in a high-voltage power system, an abnormality such as an overload of the system load or a short circuit in the electrical circuit is detected, and a circuit breaker or other device is operated to protect the system. To do this, the load current flowing through the circuit is measured by a current meter, and the measurement signal is input to a protective relay. When the current based on the electrical signal output from the current meter exceeds a predetermined reference value, an abnormality such as an overload or short circuit is detected.

直流鉄道向け変電設備においても、許容負荷を超える過負荷電流や短絡時に発生する過大電流からき電システムを保護するために、き電システムに流れる電流を電流計測器で常時計測し、過負荷電流や短絡電流等のシステム異常を検知して直流遮断器を制御する。 In substation equipment for DC railways, to protect the power supply system from overload currents that exceed the allowable load or excessive currents that occur during short circuits, the current flowing through the power supply system is constantly measured by a current meter, and system abnormalities such as overload currents and short circuit currents are detected and the DC circuit breaker is controlled.

直流き電回路における過負荷電流は、緩やかに増加して負荷の許容電流より大きくなることを特徴とし、短絡電流は、故障点が変電所近傍であるため当該変電所に配置された遮断器に流れる電流が短時間で増加することを特徴とする。直流遮断器では、短絡電流を早期に検出して遮断することでシステムへの負荷を低減するため、短絡電流と過負荷電流を区別して遮断する直流選択遮断装置を用いる場合がある。 Overload current in a DC power supply circuit is characterized by a gradual increase in current that exceeds the allowable current of the load, while short-circuit current is characterized by the current flowing through the circuit breaker installed at the substation increasing in a short period of time because the fault point is near the substation. DC circuit breakers may use DC selective circuit breakers that distinguish between short-circuit current and overload current and cut them off to reduce the load on the system by detecting short-circuit current early and cutting it off.

例えば、き電電流の時間変化率(di/dt)の大きさから短絡電流と過負荷電流を選別する電流変化率型の直流選択遮断装置がある。電流変化率型の直流選択遮断装置は、電流計測器で計測した計測信号を入力する。電流変化率型の直流選択遮断装置は、その計測信号に基づくdi/dtが、基準値よりも大きい場合には過負荷電流遮断用の規定電流よりも小さい電流で動作し、基準値以下の場合には過負荷電流遮断用の規定電流よりも大きい電流で動作する。 For example, there is a current change rate type DC selective circuit breaker that distinguishes between short circuit current and overload current based on the magnitude of the time rate of change (di/dt) of the feeding current. A current change rate type DC selective circuit breaker inputs a measurement signal measured by a current meter. If the di/dt based on the measurement signal is greater than a reference value, the current change rate type DC selective circuit breaker operates with a current smaller than the specified current for interrupting overload current, and if it is equal to or less than the reference value, it operates with a current larger than the specified current for interrupting overload current.

特許文献1には、き電線に流れる電流I(t)を電流計測器で計測し、その計測信号をデジタル化してマイクロコンピュータに入力する。電流I(t)とその変化量ΔIの伝達関数を求め、伝達関数を満たすようにデジタル化したI(t)からΔIを計算し、ΔIが基準値ΔIrよりも大きい場合に電流I(t)を遮断する。伝達関数から、di/dtに対応するΔIの特性を導出できるため、過負荷電流と短絡電流を選別して遮断することが可能になる。 In Patent Document 1, the current I(t) flowing through a feeder line is measured by a current meter, and the measurement signal is digitized and input to a microcomputer. A transfer function of the current I(t) and its change amount ΔI is found, ΔI is calculated from the digitized I(t) that satisfies the transfer function, and the current I(t) is cut off if ΔI is greater than a reference value ΔIr. The characteristics of ΔI corresponding to di/dt can be derived from the transfer function, making it possible to distinguish between overload current and short-circuit current and cut them off.

特開昭63-53133号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-53133

高圧の電力システムにおける保護継電器のように、システムの正常性を判断するための物理量を計測器で計測してその計測値が予め定められた基準値を超えたときに異常を検出する手法では、異常検出回路にレベル値の高いノイズが入力された際に、異常を誤検出する可能性がある。 In a method such as a protective relay in a high-voltage power system, where a physical quantity is measured with a measuring instrument to determine the normality of the system and an abnormality is detected when the measured value exceeds a predetermined reference value, there is a risk of false detection of an abnormality when high-level noise is input to the abnormality detection circuit.

特許文献1のように、電流等の物理量の時間変化を計測して異常を検出する手法では、周波数が高いノイズ発生時には微分信号が大きくなり、異常を誤検出する可能性が高まる。異常検出システムでは、ノイズ発生時には異常を誤検出せず、ノイズと異常を選別して検出することが要請される。それと同時に、直流き電システムにおける短絡電流のように早期に検出すべきシステム異常は、発生から検出までの遅れ時間を短くすることが要請される。 In a method for detecting anomalies by measuring the time change in a physical quantity such as current, as in Patent Document 1, when high-frequency noise occurs, the differential signal becomes large, increasing the possibility of falsely detecting an abnormality. An abnormality detection system is required to detect abnormalities by distinguishing between noise and abnormalities and not falsely detecting an abnormality when noise occurs. At the same time, for system abnormalities that must be detected early, such as short-circuit currents in DC power supply systems, it is required to shorten the delay time from occurrence to detection.

本発明は、上記を考慮してなされたものであり、対象システムにおいて計測される物理量の計測結果に基づく対象システムの異常検知の迅速性、検出精度、及び信頼性の向上を図ることを一つの目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and has as its object to improve the speed, detection accuracy, and reliability of anomaly detection in a target system based on the measurement results of physical quantities measured in the target system.

上述した課題を解決するため、本発明の一態様では、対象システムにおいて計測される物理量に基づいて前記対象システムの異常を検出する異常検出装置であって、前記対象システムにおいて計測された物理量の時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換する読込部と、前記時系列データのうちの最新の所定数の時系列データを分析し、該最新の所定数の時系列データに基づく統計量及び該統計量の誤差を計算する分析部と、前記分析部によって計算された前記統計量のバラつき度合が所定条件を充足する場合に、前記統計量に基づいて前記対象システムの異常を検出する検出部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, one aspect of the present invention is an anomaly detection device that detects an anomaly in a target system based on a physical quantity measured in the target system, and is characterized by having a reading unit that reads quantized time series data of the physical quantity measured in the target system and converts the read quantized data into time series data that can be processed by calculations, an analysis unit that analyzes a predetermined number of the most recent time series data from the time series data and calculates a statistical amount and an error in the statistical amount based on the predetermined number of the most recent time series data, and a detection unit that detects an anomaly in the target system based on the statistical amount when the degree of variation in the statistical amount calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.

本発明の一態様によれば、例えば、対象システムにおいて計測される物理量の計測結果に基づく対象システムの異常検知の迅速性、検出精度、及び信頼性の向上を図ることができる。 According to one aspect of the present invention, for example, it is possible to improve the speed, detection accuracy, and reliability of anomaly detection in a target system based on the measurement results of physical quantities measured in the target system.

実施形態に係る異常検出装置の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an abnormality detection device according to an embodiment. 実施形態に係る異常検出装置における計測器の出力、AD変換、デジタル信号読込み、分析、及び、異常検出の動作開始及び動作完了のタイミングを示すタイミングチャート。4 is a timing chart showing the timing of operation start and operation completion of measuring instrument output, AD conversion, digital signal reading, analysis, and abnormality detection in the abnormality detection device according to the embodiment. 実施形態に係る分析部による時系列データの平均と標準偏差の計算方法を説明するための図。5A to 5C are diagrams for explaining a method for calculating an average and a standard deviation of time-series data by an analysis unit according to the embodiment. 物理量の時系列データの平均と標準偏差と誤差の計算結果を示す図。FIG. 13 shows the calculation results of the mean, standard deviation, and error of time-series data of physical quantities. 物理量の時系列データの平均と標準偏差に基づく異常評価方法(その1)を説明するための図。1A and 1B are diagrams for explaining an anomaly evaluation method (part 1) based on the average and standard deviation of time-series data of physical quantities. 物理量の時系列データの平均と標準偏差に基づく異常評価方法(その2)を説明するための図。11A and 11B are diagrams for explaining an anomaly evaluation method (part 2) based on the average and standard deviation of time-series data of physical quantities. 物理量の時系列データの平均と標準偏差に基づく異常評価方法(その3)を説明するための図。11A and 11B are diagrams for explaining an anomaly evaluation method (part 3) based on the average and standard deviation of time-series data of physical quantities. 物理量の時系列データの時間変化率とその標準偏差の計算方法を説明するための図。1 is a diagram for explaining a method for calculating a time rate of change of time series data of a physical quantity and its standard deviation. 物理量の時系列データの時間変化率と時間変化率の標準偏差の計算結果を示す図。FIG. 13 is a graph showing calculation results of the time rate of change and the standard deviation of the time rate of change of time series data of a physical quantity. 物理量の時系列データの時間変化率と標準偏差に基づく異常評価方法を説明するための図。1 is a diagram for explaining an anomaly evaluation method based on the time rate of change and standard deviation of time-series data of a physical quantity. 物理量の時系列データの平均と標準偏差、及び、物理量の時系列データの時間変化率と標準偏差を用いた異常評価方法を説明するための図。11A and 11B are diagrams for explaining an anomaly evaluation method using the average and standard deviation of time-series data of a physical quantity, and the time rate of change and standard deviation of the time-series data of the physical quantity. 実施例1に係る直流き電回路の全体構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a DC feeding circuit according to a first embodiment. 実施例1に係る故障電流検出回路の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a fault current detection circuit according to the first embodiment. 実施例1に係る直流き電回路における過負荷電流と短絡電流の様相を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the state of an overload current and a short-circuit current in the DC feeding circuit according to the first embodiment. 実施例1に係る過負荷電流と短絡電流の検出方法を説明するための図。5A and 5B are diagrams for explaining a method for detecting an overload current and a short-circuit current according to the first embodiment. 実施例1に係る過負荷電流と短絡電流の検出方法を説明するための図。5A and 5B are diagrams for explaining a method for detecting an overload current and a short-circuit current according to the first embodiment. 減衰振動によるノイズの模擬の一次元回帰分析結果を示す図。FIG. 13 is a graph showing the results of one-dimensional regression analysis of a simulation of noise due to damped vibration. 短絡電流の模擬の一次元回帰分析結果を示す図。FIG. 13 is a graph showing the results of one-dimensional regression analysis of a simulation of a short circuit current. 減衰振動によるノイズと短絡電流の模擬の比較結果を示す図。FIG. 11 shows the comparison results of noise due to damped oscillation and simulation of short circuit current. 実施例2に係る故障電流検出回路の構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a fault current detection circuit according to a second embodiment. 実施例2に係る直流き電回路の構成と短絡事故が発生した際の様相を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a DC feeding circuit according to a second embodiment and a state in which a short circuit occurs. 実施例3に係るコンデンサ容量点検システムを用いたコンデンサ充放電回路の構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a capacitor charge/discharge circuit using a capacitor capacitance inspection system according to a third embodiment.

以下、本発明の実施形態及び実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態及び実施例は、図面を含めて例示に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また実施形態及び実施例の中で説明されている諸要素及びその組合せの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。また発明の構成に必須だが周知である構成については、図示及び説明を省略する場合がある。 The following describes embodiments and examples of the present invention with reference to the drawings. Note that the embodiments and examples described below, including the drawings, are merely examples and do not limit the invention according to the claims. Furthermore, not all of the elements and combinations thereof described in the embodiments and examples are necessarily essential to the solution of the invention. Furthermore, illustrations and descriptions of elements that are essential to the configuration of the invention but are well known may be omitted.

以下の説明において、後出の実施形態又は実施例において、既出の実施形態又は実施例と重複する構成には同一符号を付与して説明を省略し、差分を中心に説明する。 In the following description, the same reference numerals will be used to designate configurations that overlap with previously described embodiments or examples, and descriptions will be omitted, with the focus on the differences.

以下の説明において、プログラムを実行するプロセッサ又はプログラムと同等の機能を実現するハードウェアロジックは、記憶部及び/又はインターフェース等を適宜用いながら定められた処理を行い、各種の機能部を実現する。 In the following description, a processor that executes a program or hardware logic that realizes functions equivalent to a program performs predetermined processing while appropriately using a memory unit and/or an interface, etc., to realize various functional units.

「プロセッサ」は、1又は複数である。プロセッサは、典型的には、CPU(Central Processing Unit)のようなマイクロプロセッサであるが、GPU(Graphics Processing Unit)のような他種のプロセッサでもよい。またプロセッサは、シングルコアでもよいしマルチコアでもよい。また、プロセッサは、処理の一部又は全部を行うハードウェア回路(例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit))といった広義のプロセッサでもよい。 The term "processor" may refer to one or more. A processor is typically a microprocessor such as a CPU (Central Processing Unit), but may also be other types of processors such as a GPU (Graphics Processing Unit). A processor may also be a single-core or multi-core processor. A processor may also be a processor in the broader sense, such as a hardware circuit that performs all or part of the processing (for example, an FPGA (Field-Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit)).

以下の説明において、例えば「y ̄」なる表記は、yの真上に ̄が記載された表記と同等である。 In the following explanation, for example, the notation "y ̄" is equivalent to the notation with  ̄ written directly above the y.

以下の説明において、判定対象と閾値との大小関係の判定における等号は、大小の何れの範囲に含めてもよい。例えば閾値Thに対して「A≧ThならばB、A<ThならばC」とするか「A>ThならばB、A≦ThならばB」とするかは、適宜変更し得る事項である。 In the following explanation, the equal sign in determining whether the object to be determined is larger or smaller than the threshold value may be used in either range. For example, whether the threshold value Th is set to "if A≧Th, then B; if A<Th, then C" or "if A>Th, then B; if A≦Th, then B" is an item that can be changed as appropriate.

[実施形態1]
図1は、実施形態に係る異常検出装置Sの構成を示す図である。本実施形態における異常検出装置Sは、計測器3、AD(Analog-Digital)変換部4、デジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7を含んで構成される。
[Embodiment 1]
1 is a diagram showing the configuration of an abnormality detection device S according to an embodiment. The abnormality detection device S in this embodiment includes a measuring instrument 3, an AD (Analog-Digital) conversion unit 4, a digital signal reading unit 5, an analysis unit 6, and a detection unit 7.

計測器3は、異常検出対象のシステム1の正常や異常の状態を評価するために計測対象となるシステム1において計測される物理量2を計測する。AD変換部4は、計測器3によって計測された計測信号であるアナログ信号をデジタル信号(量子化データ)へ変換する。デジタル信号読込部5は、AD変換部4によって変換されたデジタル信号を読込んで演算処理可能なデータへ変換する。 The measuring instrument 3 measures a physical quantity 2 in the system 1 being measured to evaluate the normal or abnormal state of the system 1 being the target of abnormality detection. The AD conversion unit 4 converts the analog signal, which is the measurement signal measured by the measuring instrument 3, into a digital signal (quantized data). The digital signal reading unit 5 reads the digital signal converted by the AD conversion unit 4 and converts it into data that can be processed by calculations.

分析部6は、デジタル信号読込部5によって読込まれたデジタル信号が変換されたデータのうちの最新データを含む時系列データを統計的手法に基づき分析し、時系列データの平均や時間変化率等の推定値と推定値の誤差や時系列データのバラつき度合(標準偏差等)を計算する。検出部7は、分析部6によって計算された推定値と推定値の誤差や時系列データのバラつき度合に基づいて、システム1の異常を検出する。 The analysis unit 6 analyzes the time series data, including the latest data among the data converted from the digital signals read by the digital signal reading unit 5, based on statistical methods, and calculates the estimated values such as the average and time rate of change of the time series data, the error of the estimated values, and the degree of variation of the time series data (standard deviation, etc.). The detection unit 7 detects an abnormality in the system 1 based on the estimated values calculated by the analysis unit 6, the error of the estimated values, and the degree of variation of the time series data.

なおデジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7は、異常検出装置としてマイクロコンピュータやFPGAといったプロセッサで構成されてもよい。異常検出装置は、1つのプロセッサで構成されてもよいし、複数のプロセッサで構成されてもよい。異常検出装置が複数のプロセッサで構成される場合には、デジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7が適宜統合及び分散されて各プロセッサに配置される。また異常検出装置と、AD変換部4とを含んで、異常検出システムとして構成されてもよい。異常検出システムは、さらに計測器3を含んでもよい。 The digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, and the detection unit 7 may be configured as an anomaly detection device using a processor such as a microcomputer or FPGA. The anomaly detection device may be configured using one processor or multiple processors. When the anomaly detection device is configured using multiple processors, the digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, and the detection unit 7 are appropriately integrated and distributed and placed in each processor. The anomaly detection device and the AD conversion unit 4 may also be included in the configuration of an anomaly detection system. The anomaly detection system may further include a measuring instrument 3.

図2は、実施形態に係る異常検出装置Sにおける計測器3の出力、AD変換、デジタル信号読込み、分析、及び、異常検出の動作開始及び動作完了のタイミングを示すタイミングチャートである。 Figure 2 is a timing chart showing the timing of the output of the measuring instrument 3, AD conversion, digital signal reading, analysis, and the start and end of anomaly detection operations in the anomaly detection device S according to the embodiment.

異常検出対象のシステム1が電力システムや直流き電システムの場合における短絡電流および過負荷電流検出を例に説明する。この場合、物理量2は、例えば電路に流れる電流である。計測器3は、電流計測用の変流器やロゴスキーコイル、ホールCT(Current Transformer)等である。デジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7は、デジタルデータの演算処理やその他処理が可能なプロセッサである。 The following describes an example of short circuit and overload current detection when the system 1 being the target of anomaly detection is a power system or a DC power supply system. In this case, the physical quantity 2 is, for example, a current flowing in an electric circuit. The measuring instrument 3 is a current transformer, Rogowski coil, Hall CT (Current Transformer), etc. for measuring current. The digital signal reading unit 5, analysis unit 6, and detection unit 7 are processors capable of arithmetic processing of digital data and other processing.

図2では、パルスの立上りが実行開始であり、立下りが動作完了である。計測器3の出力8は、継続してAD変換部4へ入力されることから、常時ONである。AD変換部の動作9は、リアルタイム性を確保できる所定周期Tでアナログ信号をデジタル信号へ変換することから、所定周期Tの変換処理の動作開始及び動作完了を繰返す。 In FIG. 2, the rising edge of the pulse marks the start of execution, and the falling edge marks the completion of the operation. The output 8 of the measuring device 3 is continuously input to the AD conversion unit 4, and is therefore always ON. The operation 9 of the AD conversion unit converts an analog signal into a digital signal at a predetermined cycle T that ensures real-time performance, and therefore the start and completion of the conversion process are repeated at a predetermined cycle T.

デジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7の各動作(それぞれ動作10、動作11、及び動作12)は、AD変換部4の次の動作開始まで(すなわち、次のデジタル信号の入力まで)に完了する。デジタル信号読込部5の動作10は、AD変換部の動作9と略同期する。分析部6の動作11は、動作10が完了すると略同時に開始する。検出部7の動作12は、動作10が完了すると略同時に開始し、次の動作9の開始までに完了する。デジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7が、所定周期Tで開始及び完了を繰返すように、1周期における動作10と動作11と動作12の合計動作時間が所定周期T以内に定められている。このように、常に最新データを考慮して異常をリアルタイムに評価するため、早期の異常検出が可能になる。 Each operation (operation 10, operation 11, and operation 12, respectively) of the digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, and the detection unit 7 is completed by the start of the next operation of the AD conversion unit 4 (i.e., by the input of the next digital signal). Operation 10 of the digital signal reading unit 5 is approximately synchronized with operation 9 of the AD conversion unit. Operation 11 of the analysis unit 6 starts approximately at the same time as operation 10 is completed. Operation 12 of the detection unit 7 starts approximately at the same time as operation 10 is completed, and is completed by the start of the next operation 9. The total operation time of operations 10, 11, and 12 in one period is set within the predetermined period T so that the digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, and the detection unit 7 repeatedly start and complete in the predetermined period T. In this way, abnormalities are always evaluated in real time taking into account the latest data, making it possible to detect abnormalities early.

以下、異常検出装置Sのうち、デジタル信号の時系列データを統計的手法に基づいて分析して平均や時間変化率等の推定値、推定値の誤差及び時系列データのバラつき度合を計算する分析部6、及び、分析部6による計算結果に基づきシステム1の異常を評価し検出する検出部7の詳細について説明する。 The following describes in detail the analysis unit 6 of the anomaly detection device S, which analyzes the time-series data of the digital signal based on statistical methods to calculate estimated values such as the average and time rate of change, as well as the error in the estimated values and the degree of variation in the time-series data, and the detection unit 7, which evaluates and detects anomalies in the system 1 based on the results of the calculations by the analysis unit 6.

図3は、実施形態に係る分析部6による時系列データの平均y ̄と標準偏差σyの計算方法を説明するための図である。図3では、横軸を時刻x、縦軸を物理量2のデータyとする。例えば、物理量2が電流の場合、単位はアンペア(A)となる。 Figure 3 is a diagram for explaining a method for calculating the mean y^ and standard deviation σy of time series data by the analysis unit 6 according to the embodiment. In Figure 3, the horizontal axis represents time x, and the vertical axis represents data y of physical quantity 2. For example, when physical quantity 2 is a current, the unit is amperes (A).

物理量2の時系列データに対し、N個のデータの平均y ̄とバラつき度合、すなわち標準偏差σyを計算する。図3では、簡単のためデータ数N=3の場合を示しており、1回目の計算では、x=[x1,x2,x3]、y=[y1,y2,y3]の平均と標準偏差を計算する。2回目の計算では、x=[x2,x3,x4]、y=[y2,y3,y4]、3回目の計算では、x=[x3,x4,x5]、y=[y3,y4,y5]の平均と標準偏差を計算する。 For the time series data of physical quantity 2, the average y ̄ and the degree of variation, i.e., the standard deviation σy, of N pieces of data is calculated. For simplicity, Figure 3 shows the case where the number of data N = 3, and in the first calculation, the average and standard deviation are calculated for x = [x1, x2, x3] and y = [y1, y2, y3]. In the second calculation, the average and standard deviation are calculated for x = [x2, x3, x4] and y = [y2, y3, y4], and in the third calculation, the average and standard deviation are calculated for x = [x3, x4, x5] and y = [y3, y4, y5].

このように、新しいデータが入力されるごとに、FIFO(First IN First Out:先入れ先出し法)により、前回の計算に用いたデータのうちの最古のデータを破棄し、新しいデータを含めて新たに計算する。例えば、y4が入力される2回目の計算では、最古のデータx1、y1を破棄し、最新データx4、y4を含め、x=[x2,x3,x4]、y=[y2,y3,y4]の組合せで平均と標準偏差を求める。データが入力されるごとに新しいxとyを含んだ組合せについて平均と標準偏差の計算を繰返す。平均y ̄及び標準偏差σyは、式(1)及び式(2)から計算される。

Figure 0007649730000001
Figure 0007649730000002
In this way, every time new data is input, the oldest data used in the previous calculation is discarded using the FIFO (First In First Out) method, and a new calculation is performed including the new data. For example, in the second calculation in which y4 is input, the oldest data x1 and y1 are discarded, and the latest data x4 and y4 are included, and the average and standard deviation are found for the combination of x = [x2, x3, x4] and y = [y2, y3, y4]. Every time data is input, the calculation of the average and standard deviation is repeated for the combination including new x and y. The average y and standard deviation σy are calculated from equations (1) and (2).
Figure 0007649730000001
Figure 0007649730000002

ここで、y ̄はyの平均、jは計算回数、σyはyの標準偏差である。式(2)では不偏分散を用いて標準偏差を計算したが、1/(N-1)のN-1をNへ置き換えた普通分散でもよい。jは計算回数であるため、例えば、図3を用いて説明すると、N=3であり、2回目の計算では、i=j=2、j+N-1=4となり、i=2から4までのデータ(x=[x2,x3,x4]、y=[y2,y3,y4]の組合せ)の平均と標準偏差を計算する。平均y ̄、標準偏差σyを計算することで、平均に対してどれだけデータがバラついているかを評価できるため、例えば、計測器3に1%の誤差がある場合には計測器3で取得された時系列データの標準偏差が平均の1%よりも大きい場合はノイズが発生した等の推定が可能になる。このように標準偏差を異常検出の指標として用いることで検出精度を高めることができる。また、式(3)を標準偏差と代用して異常検出の指標としてもよい。

Figure 0007649730000003
Here, y is the average of y, j is the number of calculations, and σy is the standard deviation of y. In formula (2), the standard deviation is calculated using unbiased variance, but normal variance may be used in which N-1 in 1/(N-1) is replaced with N. Since j is the number of calculations, for example, in an explanation using FIG. 3, N=3, and in the second calculation, i=j=2, j+N-1=4, and the average and standard deviation of data from i=2 to 4 (combination of x=[x2, x3, x4], y=[y2, y3, y4]) are calculated. By calculating the average y and standard deviation σy, it is possible to evaluate how much the data varies with respect to the average, so that, for example, if the measuring instrument 3 has a 1% error, it is possible to estimate that noise has occurred if the standard deviation of the time-series data acquired by the measuring instrument 3 is greater than 1% of the average. In this way, the detection accuracy can be improved by using the standard deviation as an index of anomaly detection. In addition, formula (3) may be substituted for the standard deviation to be used as an index of anomaly detection.
Figure 0007649730000003

上記では、標準偏差σyを異常検出の指標として説明したが、標準偏差σy ̄を誤差の指標としてもよい。標準偏差σy ̄は、式(4)で計算できる。図4以降では、標準偏差σyを用いて異常の評価方法を説明するが、標準偏差σy ̄でも代用できるものとする。

Figure 0007649730000004
In the above, the standard deviation σy has been described as an index for detecting an anomaly, but the standard deviation σy may be used as an index for error. The standard deviation σy can be calculated using equation (4). In Fig. 4 and subsequent figures, the method for evaluating an anomaly will be described using the standard deviation σy, but the standard deviation σy can also be used instead.
Figure 0007649730000004

図4は、物理量2の時系列データの平均y ̄と標準偏差σyと誤差y ̄errorの計算結果を示す図である。時刻xは1ずつ増え、物理量のデータyは2~4の間で変化する。図3の例と同様にデータ数N=3とした。例えば図3の表のi=1の行に示すように、x=[x1,x2,x3]、y=[y1,y2,y3]の平均y ̄は3.0、標準偏差σyは0.12、誤差4.1%である。またi=5の行に示すように、x=[x5,x6,x7]、y=[y5,y6,y7]の平均y ̄は3.2、標準偏差σyは0.41、誤差13.1%であり、x=[x1,x2,x3]、y=[y1,y2,y3]の場合に比べて標準偏差σy及び誤差y ̄errorが大きい。これは、y=[y5,y6,y7]のデータ範囲が2.6~3.6であり、y=[y1,y2,y3]のデータ範囲2.9~3.2に比べてデータのバラつきが大きいことが理由である。このように、データのバラつきに応じて標準偏差σy及び誤差y ̄errorは大きくなる。 Figure 4 shows the calculation results of the mean y ̄, standard deviation σy, and error y ̄error for the time series data of physical quantity 2. The time x increases by 1, and the physical quantity data y varies between 2 and 4. As in the example of Figure 3, the number of data N = 3. For example, as shown in the row i = 1 of the table in Figure 3, the mean y ̄ for x = [x1, x2, x3] and y = [y1, y2, y3] is 3.0, the standard deviation σy is 0.12, and the error is 4.1%. Also, as shown in the row i = 5, the mean y ̄ for x = [x5, x6, x7] and y = [y5, y6, y7] is 3.2, the standard deviation σy is 0.41, and the error is 13.1%, which means that the standard deviation σy and error y ̄error are larger than those for x = [x1, x2, x3] and y = [y1, y2, y3]. This is because the data range for y = [y5, y6, y7] is 2.6 to 3.6, which is a larger variation in the data than the data range for y = [y1, y2, y3], which is 2.9 to 3.2. In this way, the standard deviation σy and error y ̄error become larger according to the variation in the data.

図5は、物理量2の時系列データの平均y ̄と標準偏差σyに基づく異常評価方法(その1)を説明するための図である。図5では、横軸を平均y ̄、縦軸を標準偏差σyとする。図5では、物理量2が予め決められた基準値よりも大きい場合に異常とするシステムを例としている。横軸に点線で物理量2の基準値Cty ̄を示した。図5では、標準偏差σyが想定よりも大きい場合は推定値の信頼性が低く異常と判断しないものとするため、縦軸に標準偏差σyの基準値Ctσyも示しており、斜線部を異常判定領域とした。 Figure 5 is a diagram for explaining an anomaly evaluation method (part 1) based on the average y ̄ and standard deviation σy of time-series data of physical quantity 2. In Figure 5, the horizontal axis is the average y ̄ and the vertical axis is the standard deviation σy. Figure 5 shows an example of a system in which an anomaly is detected when physical quantity 2 is larger than a predetermined reference value. The reference value Cty ̄ of physical quantity 2 is shown by a dotted line on the horizontal axis. In Figure 5, when the standard deviation σy is larger than expected, the reliability of the estimated value is low and it is not determined to be abnormal, so the reference value Ctσy of the standard deviation σy is also shown on the vertical axis, and the shaded area is the anomaly detection area.

標準偏差σyの基準値Ctσyは、例えば、計測器3の計測誤差から想定される値としてもよく、または、システムとしての物理量2の予想される変動幅から決めてもよい。何れの場合にしても、例えば、異常検出装置Sに想定外のノイズが入ってきた際には、標準偏差σyが大きくなるため平均y ̄の推定精度が基準値Cty ̄を超えても異常と評価せず、標準偏差σyが小さい場合は平均y ̄の推定精度が高くなるため、平均y ̄が基準値Cty ̄を超えた場合は異常と評価する。このように、標準偏差を考慮して異常を評価することで異常検出の精度と信頼性を高めることができる。 The reference value Ctσy of the standard deviation σy may be, for example, a value estimated from the measurement error of the measuring instrument 3, or may be determined from the expected fluctuation range of the physical quantity 2 as a system. In either case, for example, when unexpected noise enters the anomaly detection device S, the standard deviation σy becomes large and an abnormality is not evaluated even if the estimation accuracy of the mean y ̄ exceeds the reference value Cty ̄; on the other hand, when the standard deviation σy is small, the estimation accuracy of the mean y ̄ increases, and an abnormality is evaluated when the mean y ̄ exceeds the reference value Cty ̄. In this way, the accuracy and reliability of anomaly detection can be improved by evaluating anomalies taking the standard deviation into account.

図6は、物理量2の時系列データの平均y ̄と標準偏差σyに基づく異常評価方法(その2)を説明するための図である。図6では、物理量2が予め決められた基準値Cty ̄よりも小さい場合に異常とするシステムを例としている。図6では、図5で示した例と同様に、標準偏差σyが想定よりも大きい場合は推定値の信頼性が低く異常と判断しないものとするため、縦軸に標準偏差σyの基準値Ctσyを示し、斜線部を異常判定領域とした。 Figure 6 is a diagram for explaining an anomaly evaluation method (part 2) based on the average y ̂ and standard deviation σy of time-series data of physical quantity 2. Figure 6 shows an example of a system in which an anomaly is detected when physical quantity 2 is smaller than a predetermined reference value Cty ̂. In Figure 6, similar to the example shown in Figure 5, when the standard deviation σy is larger than expected, the reliability of the estimated value is low and it is not determined to be abnormal, so the vertical axis shows the reference value Ctσy of the standard deviation σy, and the shaded area is the anomaly detection area.

図7は、物理量2の時系列データの平均と標準偏差y ̄と標準偏差σyに基づく異常評価方法(その3)を説明するための図である。図7では、正常時には標準偏差σyがどこまで変動し得るかあらかじめ基準値が決まっているシステムを例としている。標準偏差σyが基準値Ctσyを超えた場合に異常と評価して検出するため、斜線部を異常判定領域とした。 Figure 7 is a diagram for explaining an anomaly evaluation method (part 3) based on the average, standard deviation y^ and standard deviation σy of time-series data of physical quantity 2. In Figure 7, a system is shown as an example in which a reference value is set in advance for the extent to which the standard deviation σy can vary under normal circumstances. When the standard deviation σy exceeds the reference value Ctσy, it is evaluated and detected as an anomaly, so the shaded area is set as the anomaly determination area.

このように、本実施形態における異常検出装置Sでは、物理量2を計測器3で計測し、その計測したアナログ信号をデジタル信号に変換して処理するため、異常検出の対象とするシステム1に合わせて図5、図6、図7のように異常の検出条件を容易に変更できる。すなわち、標準偏差y ̄と標準偏差σyの特性曲線を求め、その特性曲線の上または下の領域を異常の検出条件としてもよい。また、図5、図6、図7では縦軸を標準偏差σyとしたが、標準偏差σyの代わりに式(3)の誤差y ̄errorや、式(4)の標準偏差σy ̄を用いてもよい。 In this way, in the anomaly detection device S of this embodiment, the physical quantity 2 is measured by the measuring instrument 3, and the measured analog signal is converted to a digital signal for processing, so that the anomaly detection conditions can be easily changed as shown in Figures 5, 6, and 7 to suit the system 1 for which anomaly detection is to be performed. That is, the characteristic curves of the standard deviation y ̄ and the standard deviation σy can be obtained, and the area above or below the characteristic curve can be used as the anomaly detection condition. Also, although the vertical axis in Figures 5, 6, and 7 is the standard deviation σy, the error y ̄error in equation (3) or the standard deviation σy ̄ in equation (4) can be used instead of the standard deviation σy.

図8は、物理量2の時系列データの時間変化率aとその標準偏差σaの計算方法を説明するための図である。図3では、横軸を時刻x、縦軸を物理量2のデータyとする。例えば、物理量2が電流の場合、単位はアンペア(A)となる。物理量2の時系列データに対し、N個のデータの時間変化率aとその標準偏差σaを計算する。図8では、簡単のためデータ数N=3の場合を示しており、1回目の計算では、x=[x1,x2,x3]、y=[y1,y2,y3]の時間変化率aとその標準偏差σaを計算する。2回目の計算では、x=[x2,x3,x4]、y=[y2,y3,y4]、3回目の計算では、x=[x3,x4,x5]、y=[y3,y4,y5]の時間変化率aとその標準偏差σaを計算する。 Figure 8 is a diagram for explaining a method of calculating the time change rate a and its standard deviation σa of the time series data of physical quantity 2. In Figure 3, the horizontal axis is time x, and the vertical axis is data y of physical quantity 2. For example, when physical quantity 2 is current, the unit is ampere (A). For the time series data of physical quantity 2, the time change rate a and its standard deviation σa are calculated for N pieces of data. For simplicity, Figure 8 shows the case where the number of data N = 3, and in the first calculation, the time change rate a and its standard deviation σa are calculated for x = [x1, x2, x3], y = [y1, y2, y3]. In the second calculation, the time change rate a and its standard deviation σa are calculated for x = [x2, x3, x4], y = [y2, y3, y4], and in the third calculation, the time change rate a and its standard deviation σa are calculated for x = [x3, x4, x5], y = [y3, y4, y5].

このように、新しいデータが入力されるごとに、FIFO(First IN First Out:先入れ先出し法)により、前回の計算に用いたデータのうちの最古のデータを破棄し、新しいデータを含めて新たに計算する。例えば、y4が入力される2回目の計算では、最古のデータx1、y1を破棄し、最新データx4、y4を含め、x=[x2,x3,x4]、y=[y2,y3,y4]の組合せで時間変化率aとその標準偏差σaを求める。データが入力されるごとに新しいxとyを含んだ組合せについて時間変化率aとその標準偏差σaの計算を繰返す。時間変化率a及び標準偏差σaは、例えば、回帰分析を用いて計算される。傾き(すなわち時間変化率)をa、切片をbとする回帰方程式をy=ax+bとする。yiと回帰方程式の誤差合計Wは、式(5)で表される。Nはデータ数であり、jは計算回数である。

Figure 0007649730000005
In this way, every time new data is input, the oldest data used in the previous calculation is discarded by FIFO (First In First Out) and a new calculation is performed including the new data. For example, in the second calculation in which y4 is input, the oldest data x1 and y1 are discarded and the latest data x4 and y4 are included, and the time change rate a and its standard deviation σa are obtained for the combination of x = [x2, x3, x4] and y = [y2, y3, y4]. Every time data is input, the calculation of the time change rate a and its standard deviation σa is repeated for the combination including new x and y. The time change rate a and the standard deviation σa are calculated, for example, using regression analysis. The regression equation with the slope (i.e., the time change rate) as a and the intercept as b is y = ax + b. The total error W between yi and the regression equation is expressed by Equation (5). N is the number of data and j is the number of calculations.
Figure 0007649730000005

例えば、図7を用いて説明すると、N=3、2回目の計算では、i=j=2、j+N-1=4となり、i=2から4までのデータに対して時間変化率a及び標準偏差σaを計算することになる。式(5)をa又はbで偏微分した値がゼロ、すなわち、δW/δa=0、δW/δb=0になるときのa及びbを求めることで誤差合計Wを最小にする傾きaと切片bの値を計算することができる。a及びbは、それぞれ、式(6)及び式(7)のように表される。

Figure 0007649730000006
Figure 0007649730000007
For example, in the case of N=3 and the second calculation, i=j=2, j+N-1=4, the time change rate a and standard deviation σa are calculated for data from i=2 to 4. By finding a and b when the value obtained by partially differentiating equation (5) with respect to a or b is zero, that is, δW/δa=0 and δW/δb=0, it is possible to calculate the values of slope a and intercept b that minimize the total error W. a and b are expressed as equations (6) and (7), respectively.
Figure 0007649730000006
Figure 0007649730000007

bは、aの導出後、一次回帰式y=ax+bから求めてもよい。実際には、これら推定値a、bは、平均y ̄と同様に推定値であるため、標準偏差σa(aの誤差)と標準偏差σb(bの誤差)を計算できる。データのバラつきが大きい場合、すなわちノイズが発生した場合等は標準偏差σa及び標準偏差σbは値が大きくなる。この場合には、式(8)、式(9)、式(10)に示すように、yの残差平方和Syを求めた後にσaとσbを導出する。

Figure 0007649730000008
Figure 0007649730000009
Figure 0007649730000010
After deriving a, b may be obtained from the linear regression equation y = ax + b. In reality, these estimated values a and b are estimated values just like the average y, so the standard deviation σa (error of a) and the standard deviation σb (error of b) can be calculated. When the data varies widely, that is, when noise occurs, the standard deviations σa and σb become large. In this case, as shown in equations (8), (9), and (10), σa and σb are derived after the residual sum of squares Sy2 of y is found.
Figure 0007649730000008
Figure 0007649730000009
Figure 0007649730000010

時間変化率aの誤差aerrorを、式(11)のように定義してもよい。

Figure 0007649730000011
The error aerror of the time rate of change a may be defined as shown in equation (11).
Figure 0007649730000011

上記では、回帰方程式を一次回帰式y=ax+bとして時間変化率を計算する手法を説明したが、対象とするシステム1における物理量2の時間変化が指数関数(例えば、物理量2=αexp(-βt)、α、βは係数、tは時間)等で表現できる場合は、その関数を回帰方程式として回帰分析を実施し、時間変化率と標準偏差を計算してもよい。 In the above, a method for calculating the time rate of change using the linear regression equation y = ax + b was explained, but if the time change of physical quantity 2 in the target system 1 can be expressed as an exponential function (for example, physical quantity 2 = αexp(-βt), where α and β are coefficients and t is time), regression analysis can be performed using that function as the regression equation to calculate the time rate of change and standard deviation.

図9は、物理量2の時系列データの時間変化率aと時間変化率aの標準偏差σaの計算結果を示す図である。時刻xは1ずつ増え、物理量のデータyは2~10の間で変化する。図8の例と同様にデータ数N=3とした。例えば図3の表のi=1の行に示すように、x=[x1,x2,x3]、y=[y1,y2,y3]の時間変化率aは1、標準偏差σaは0、誤差aerrorは0%である。これは、xが1増えるごとにyが必ず1ずつ増えており、時間変化率aが誤差なく求まるためである。 Figure 9 shows the calculation results of the time rate of change a and the standard deviation σa of the time rate of change a of the time series data of physical quantity 2. The time x increases by 1, and the physical quantity data y varies between 2 and 10. As with the example in Figure 8, the number of data N = 3. For example, as shown in the row i = 1 in the table in Figure 3, the time rate of change a of x = [x1, x2, x3], y = [y1, y2, y3] is 1, the standard deviation σa is 0, and the error aerror is 0%. This is because y always increases by 1 every time x increases by 1, and the time rate of change a can be calculated without error.

一方、i=4の行に示すように、x=[x4,x5,x6]、y=[y4,y5,y6]の時間変化率aは-0.05、標準偏差σaは0.144、誤差aerrorは28.868%である。これは、y4=3.5、y5=3.2の2点から時間変化率aを求めた場合はマイナスになるが、y6=3.5であるためy5、y6から時間変化率aを求めた場合はプラスになるため、y4、y5、y6の3点で求める時間変化率aは正負の両方があるため、標準偏差σaと誤差aerrorが大きくなるためである。時間変化率aを用いて異常を検出する際は、標準偏差σaと誤差aerrorの大きさによって時間変化率aの推定精度を検証し、異常を評価する。 On the other hand, as shown in the row i=4, the time change rate a for x=[x4, x5, x6] and y=[y4, y5, y6] is -0.05, the standard deviation σa is 0.144, and the error aerror is 28.868%. This is because if the time change rate a is calculated from the two points y4=3.5 and y5=3.2, it will be negative, but if the time change rate a is calculated from y5 and y6 because y6=3.5, it will be positive. Therefore, the time change rate a calculated from the three points y4, y5, and y6 is both positive and negative, and the standard deviation σa and error aerror will be large. When detecting an abnormality using the time change rate a, the estimated accuracy of the time change rate a is verified based on the magnitude of the standard deviation σa and error aerror, and the abnormality is evaluated.

図10は、物理量2の時系列データの時間変化率aと標準偏差σaに基づく異常評価方法を説明するための図である。図10では、横軸を時間変化率a、縦軸を標準偏差σaとする。図10では、物理量2の時間変化率aが予め決められた基準値よりも大きい場合に異常とするシステムを例としている。横軸に点線で物理量2の時間変化率aの基準値Ctaを示した。図10では、標準偏差σaが想定よりも大きい場合は推定値の信頼性が低く異常と判断しないものとするため、縦軸に標準偏差σaの基準値Ctσaも示しており、斜線部を異常判定領域とした。 Figure 10 is a diagram for explaining an anomaly evaluation method based on the time rate of change a and standard deviation σa of the time series data of physical quantity 2. In Figure 10, the horizontal axis represents the time rate of change a, and the vertical axis represents the standard deviation σa. Figure 10 shows an example of a system in which an anomaly is detected when the time rate of change a of physical quantity 2 is greater than a predetermined reference value. The reference value Cta of the time rate of change a of physical quantity 2 is indicated by a dotted line on the horizontal axis. In Figure 10, when the standard deviation σa is greater than expected, the reliability of the estimated value is low and it is not determined to be an anomaly, so the reference value Ctσa of the standard deviation σa is also indicated on the vertical axis, and the shaded area is designated as the anomaly detection area.

標準偏差σaの基準値Ctσaの基準値は、例えば、計測器3の計測誤差から想定される値を求めてもよく、または、システム1における物理量2の時間変化率aの予想される変動幅から決めてもよい。いずれの場合にしても、例えば、異常検出装置Sに想定外のノイズが入ってきた際には、標準偏差σaが基準値Ctσaよりも大きく時間変化率aの推定精度が低下するため、時間変化率aが基準値Ctaを超えても異常と評価せず、標準偏差σaが基準値Cta以下では時間変化率aの推定精度が高くなるため、時間変化率aが基準値Ctaを超えた場合は異常と評価する。このようにして、異常評価の精度と信頼性を高めることができる。 The reference value Ctσa of the standard deviation σa may be, for example, a value expected from the measurement error of the measuring instrument 3, or may be determined from the expected fluctuation range of the time rate of change a of the physical quantity 2 in the system 1. In either case, for example, when unexpected noise enters the anomaly detection device S, the standard deviation σa becomes larger than the reference value Ctσa, and the estimation accuracy of the time rate of change a decreases, so even if the time rate of change a exceeds the reference value Cta, it is not evaluated as an abnormality. However, when the standard deviation σa is equal to or less than the reference value Cta, the estimation accuracy of the time rate of change a increases, so if the time rate of change a exceeds the reference value Cta, it is evaluated as an abnormality. In this way, the accuracy and reliability of the anomaly evaluation can be improved.

図5、図6、図7に示した物理量2の平均y ̄と標準偏差σyによる異常評価方法のように、回帰分析による時間変化率aとその標準偏差σaを用いた場合でも、対象とするシステムに応じて異常検出領域を定めればよい。例えば、物理量2の時間変化率aが予め決められた基準値Ctaよりも小さい場合に異常とする場合は、分析部6において計算された物理量2の時間変化率aが基準値Ctaよりも小、かつ、標準偏差σaが基準値Ctσa以下のときに異常と評価する。あるいは、物理量2の時間変化率aが予め決められた基準値Ctaよりも大きい場合に異常とする場合は、物理量2の時間変化率aが基準値Ctaよりも大、かつ、標準偏差σaが基準値Ctσa以下のときに異常と評価する。あるいは、標準偏差σaがどこまで変動し得るかあらかじめわかっているシステム1においては、標準偏差σaが基準値Ctσaを超えた場合には異常と判定する。 As in the abnormality evaluation method using the average y and standard deviation σy of the physical quantity 2 shown in Figures 5, 6, and 7, even when the time change rate a and its standard deviation σa obtained by regression analysis are used, the abnormality detection region may be determined according to the target system. For example, if the time change rate a of the physical quantity 2 is determined to be abnormal when it is smaller than a predetermined reference value Cta, it is evaluated as abnormal when the time change rate a of the physical quantity 2 calculated in the analysis unit 6 is smaller than the reference value Cta and the standard deviation σa is equal to or smaller than the reference value Ctσa. Alternatively, if the time change rate a of the physical quantity 2 is determined to be abnormal when it is larger than the predetermined reference value Cta, it is evaluated as abnormal when the time change rate a of the physical quantity 2 is larger than the reference value Cta and the standard deviation σa is equal to or smaller than the reference value Ctσa. Alternatively, in a system 1 in which the extent to which the standard deviation σa can vary is known in advance, it is determined as abnormal when the standard deviation σa exceeds the reference value Ctσa.

このように、本実施形態における異常検出装置Sでは、物理量2を計測器3で計測し、その計測したアナログ信号をデジタル信号に変換して統計処理するため、異常検出の対象とするシステム1に合わせて異常の検出条件を容易に変更できる。時間変化率aと標準偏差σaの特性曲線を求め、その特性曲線の上又は下の領域を異常の検出条件としてもよい。また縦軸を式(10)誤差aerrorとしてもよい。 In this way, in the anomaly detection device S of this embodiment, the physical quantity 2 is measured by the measuring instrument 3, and the measured analog signal is converted to a digital signal for statistical processing, so that the anomaly detection conditions can be easily changed to match the system 1 that is the target of anomaly detection. A characteristic curve of the time change rate a and standard deviation σa may be obtained, and the area above or below this characteristic curve may be used as the anomaly detection condition. The vertical axis may also be the error aerror in equation (10).

図11は、物理量2の時系列データの平均y ̄と標準偏差σy、及び、物理量2の時系列データの時間変化率aと標準偏差σaを用いた異常評価方法を説明するための図である。図11では、横軸を平均y ̄、縦軸を時間変化率aとし、それぞれ基準値を点線で示した。図11に斜線で示すように、異常検出領域を平均y ̄が基準値Cty ̄以上かつ物理量2の時間変化aが基準値Cta以上を異常検出領域とする。このとき、時系列データの標準偏差σy及び時間変化aの標準偏差σaの少なくともどちらか一方がそれぞれの基準値Ctσy、Ctσaよりも大きい場合は異常と評価しない。すなわち、下記が異常検出条件となる。
(y ̄>Cty ̄)∧(σy<Ctσy)∧(a>Cta)∧(σa<Ctσa)
・・・(12)
FIG. 11 is a diagram for explaining an anomaly evaluation method using the average y and standard deviation σy of the time series data of physical quantity 2, and the time change rate a and standard deviation σa of the time series data of physical quantity 2. In FIG. 11, the horizontal axis is the average y and the vertical axis is the time change rate a, and the reference values are indicated by dotted lines. As indicated by diagonal lines in FIG. 11, the anomaly detection region is defined as a region in which the average y is equal to or greater than the reference value Cty and the time change a of physical quantity 2 is equal to or greater than the reference value Cta. In this case, if at least one of the standard deviation σy of the time series data and the standard deviation σa of the time change a is greater than the respective reference values Ctσy and Ctσa, the anomaly is not evaluated as being abnormal. In other words, the following are the anomaly detection conditions.
(y ̄>Cty ̄)∧(σy<Ctσy)∧(a>Cta)∧(σa<Ctσa)
...(12)

図11の手法は、異常モードが物理量2の平均y ̄又は時間変化率aのどちらかに依存しているようなシステム1に有効である。平均y ̄、標準偏差σy(もしくは誤差y ̄error)、時間変化率a、時間変化率aの標準偏差σa(もしくは時間変化率aの誤差aerror)を用いて、システム1の異常検出領域を決める。 The method in Figure 11 is effective for a system 1 in which the abnormal mode depends on either the average y ̄ or the time rate of change a of physical quantity 2. The abnormality detection region of system 1 is determined using the average y ̄, standard deviation σy (or error y ̄error), time rate of change a, and standard deviation σa of the time rate of change a (or error aerror of the time rate of change a).

図11では、異常検出領域を物理量2の平均y ̄が基準値Cty ̄以上かつ物理量2の時間変化aが基準値Cta以上のときを異常検出領域としたが、対象とするシステム1や計測する物理量2によっては異常評価領域が異なるため、システム1の特徴に応じて異常領域検出領域を変更してよい。例えば、異常検出領域を物理量2の平均y ̄が基準値Cty ̄以下かつ物理量2の時間変化aが基準値Cta以下としてもよい。時系列データの標準偏差σyや時間変化率aの標準偏差σaの変動幅がどれだけあるか予め分かっているシステム1においては、標準偏差σyや標準偏差σaがそれぞれの基準値Cty ̄、Ctσaを超えたときに異常を検出してもよい。 11, the abnormality detection region is defined as the region where the average y ̄ of physical quantity 2 is equal to or greater than the reference value Cty ̄ and the time change a of physical quantity 2 is equal to or greater than the reference value Cta, but since the abnormality evaluation region differs depending on the target system 1 and the physical quantity 2 being measured, the abnormality detection region may be changed according to the characteristics of the system 1. For example, the abnormality detection region may be defined as the region where the average y ̄ of physical quantity 2 is equal to or less than the reference value Cty ̄ and the time change a of physical quantity 2 is equal to or less than the reference value Cta. In a system 1 in which the fluctuation range of the standard deviation σy of the time series data and the standard deviation σa of the time change rate a is known in advance, an abnormality may be detected when the standard deviation σy or the standard deviation σa exceeds the respective reference values Cty ̄ and Ctσa.

実施例1では、実施形態にて説明した異常検出装置S及び異常検出方法を、鉄道の直流き電システムへ適用した例を説明する。なお、実施例1の図中の「cl」は遮断器の投入状態を示す。 In Example 1, an example is described in which the abnormality detection device S and the abnormality detection method described in the embodiment are applied to a railway DC power supply system. Note that "cl" in the figure of Example 1 indicates the closed state of the circuit breaker.

図12は、実施例1に係る直流き電回路1Sの全体構成を示す図である。直流き電回路1Sは、第1の変電設備である変電所13(変電所A)と変電所13に隣接する第2の変電設備である変電所14(変電所B)を含んで構成される。変電所を変電システムともいう。変電所13は、電力網から交流電力を受電し、直流電力をき電線へ給電する変電システムを構成する。変電所13には、交流遮断器15、変圧器16、整流器17、直流遮断器18、直流遮断器19、直流遮断器20、及び、直流遮断器21が配置される。変電所13は、電力網から受電した交流電力を、変圧器16と整流器17を介して直流電力に変換し、き電線へ給電する。 Figure 12 is a diagram showing the overall configuration of the DC power supply circuit 1S according to the first embodiment. The DC power supply circuit 1S includes a substation 13 (substation A) which is a first substation facility and a substation 14 (substation B) which is a second substation facility adjacent to the substation 13. The substation is also called a substation system. The substation 13 constitutes a substation system that receives AC power from the power grid and supplies DC power to the power supply line. The substation 13 includes an AC circuit breaker 15, a transformer 16, a rectifier 17, a DC circuit breaker 18, a DC circuit breaker 19, a DC circuit breaker 20, and a DC circuit breaker 21. The substation 13 converts the AC power received from the power grid into DC power via the transformer 16 and the rectifier 17, and supplies the power to the power supply line.

変電所14には、交流遮断器22、変圧器23、整流器24、直流遮断器25、直流遮断器26、直流遮断器27、及び、直流遮断器28が配置される。変電所14は、変電所13と同様に、電力網から受電した交流電力を、変圧器23と整流器24を介して直流電力に変換し、き電線へ給電する。 Substation 14 is equipped with AC circuit breaker 22, transformer 23, rectifier 24, DC circuit breaker 25, DC circuit breaker 26, DC circuit breaker 27, and DC circuit breaker 28. Similar to substation 13, substation 14 converts AC power received from the power grid into DC power via transformer 23 and rectifier 24, and supplies the power to the feeder line.

正常時は、直流遮断器18、直流遮断器19、直流遮断器20、直流遮断器21、直流遮断器25、直流遮断器26、直流遮断器27、直流遮断器28、交流遮断器15、及び、交流遮断器22は投入状態にある。直流遮断器18は、上り架線29の区間Aに接続する。直流遮断器21と直流遮断器25は、上り架線29の区間Bに接続する。直流遮断器28は、上り架線29の区間Cに接続する。直流遮断器19は、下り架線30の区間Fに接続する。直流遮断器20と直流遮断器26は、下り架線30の区間Eに接続する。直流遮断器27は、下り架線30の区間Dに接続する。 Under normal conditions, DC circuit breaker 18, DC circuit breaker 19, DC circuit breaker 20, DC circuit breaker 21, DC circuit breaker 25, DC circuit breaker 26, DC circuit breaker 27, DC circuit breaker 28, AC circuit breaker 15, and AC circuit breaker 22 are in the closed state. DC circuit breaker 18 is connected to section A of the upward overhead line 29. DC circuit breaker 21 and DC circuit breaker 25 are connected to section B of the upward overhead line 29. DC circuit breaker 28 is connected to section C of the upward overhead line 29. DC circuit breaker 19 is connected to section F of the downward overhead line 30. DC circuit breaker 20 and DC circuit breaker 26 are connected to section E of the downward overhead line 30. DC circuit breaker 27 is connected to section D of the downward overhead line 30.

そして、列車31は、区間Bを走行中の際、上り架線29を介して変電所13及び変電所14から直流電力が給電される。列車31へ給電された直流電力は、レール32を介して変電所13及び変電所14へ戻る。変電所13及び変電所14より列車に給電される電流の経路は、電流経路33及び電流経路34のようになる。 When train 31 is traveling in section B, DC power is supplied from substations 13 and 14 via up-going overhead lines 29. The DC power supplied to train 31 returns to substations 13 and 14 via rails 32. The paths of the current supplied from substations 13 and 14 to the train are as shown in current paths 33 and 34.

図12では、例えば、変電所13では、電流計測器35は、直流遮断器21の下流の電流を計測してそのアナログ信号を故障電流検出回路36に入力する。故障電流検出回路36は、直流選択遮断装置である。故障電流検出回路36は、入力されたアナログ信号に基づいて過負荷電流や短絡電流等の異常を評価する。故障電流検出回路36は、故障電流が発生した際には異常を検出して直流遮断器21を開放して電流を遮断する。図示しないが、直流遮断器18、直流遮断器19、及び、直流遮断器20にもそれぞれ電流計測器と故障電流検出回路が配置されている。各故障電流検出回路は、故障電流が発生した際は異常を検出して対応する直流遮断器18、直流遮断器19、及び、直流遮断器20をそれぞれ制御する。 In FIG. 12, for example, in the substation 13, the current meter 35 measures the current downstream of the DC circuit breaker 21 and inputs the analog signal to the fault current detection circuit 36. The fault current detection circuit 36 is a DC selective interruption device. The fault current detection circuit 36 evaluates abnormalities such as overload current and short circuit current based on the input analog signal. When a fault current occurs, the fault current detection circuit 36 detects the abnormality and opens the DC circuit breaker 21 to interrupt the current. Although not shown, the DC circuit breaker 18, the DC circuit breaker 19, and the DC circuit breaker 20 are also each provided with a current meter and a fault current detection circuit. When a fault current occurs, each fault current detection circuit detects the abnormality and controls the corresponding DC circuit breaker 18, the DC circuit breaker 19, and the DC circuit breaker 20.

変電所14でも同様に、電流計測器37は、直流遮断器25の下流の電流を計測してそのアナログ信号を故障電流検出回路38に入力する。故障電流検出回路38は、直流選択遮断装置である。故障電流検出回路38は、入力されたアナログ信号に基づいて短絡電流や負荷電流等の異常を評価する。故障電流検出回路38は、故障電流が発生した際は異常を検出して直流遮断器25を開放して電流を遮断する。図示しないが、直流遮断器26、直流遮断器27、及び、直流遮断器28にもそれぞれ電流計測器と故障電流検出回路が配置されている。各故障電流検出回路は、故障電流が発生した際は異常を検出して対応する直流遮断器26、直流遮断器27、及び、直流遮断器28をそれぞれ制御する。 Similarly, in the substation 14, the current meter 37 measures the current downstream of the DC circuit breaker 25 and inputs the analog signal to the fault current detection circuit 38. The fault current detection circuit 38 is a DC selective interruption device. The fault current detection circuit 38 evaluates anomalies such as short circuit current and load current based on the input analog signal. When a fault current occurs, the fault current detection circuit 38 detects the abnormality and opens the DC circuit breaker 25 to interrupt the current. Although not shown, the DC circuit breaker 26, the DC circuit breaker 27, and the DC circuit breaker 28 are also each provided with a current meter and a fault current detection circuit. When a fault current occurs, each fault current detection circuit detects the abnormality and controls the corresponding DC circuit breaker 26, the DC circuit breaker 27, and the DC circuit breaker 28, respectively.

図13は、実施例1に係る故障電流検出回路36の構成を示す図である。故障電流検出回路38も、故障電流検出回路36と同様の構成である。故障電流検出回路36には、電流計測器35で計測されたアナログ信号が入力される。故障電流検出回路36は、実施形態の図1で示した異常検出装置Sの構成と同様であり、AD変換部4、デジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7を含んで構成される。さらに故障電流検出回路36は、遮断器制御部7aを含んで構成される。 Figure 13 is a diagram showing the configuration of the fault current detection circuit 36 according to the first embodiment. The fault current detection circuit 38 has the same configuration as the fault current detection circuit 36. An analog signal measured by a current meter 35 is input to the fault current detection circuit 36. The fault current detection circuit 36 has the same configuration as the abnormality detection device S shown in Figure 1 of the embodiment, and is configured to include an AD conversion unit 4, a digital signal reading unit 5, an analysis unit 6, and a detection unit 7. Furthermore, the fault current detection circuit 36 is configured to include a breaker control unit 7a.

本実施例における分析部6では、電流Iの時系列データの平均I ̄、電流Iの時系列データの標準偏差σI、電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtとその標準偏差σdt/dIを計算する。これらの計算は、実施形態の図3及び図8で説明した手法による。検出部7において異常を検出した際は、遮断器制御部7aは、直流遮断器21に開放指令を送信し、直流遮断器21を制御する。 The analysis unit 6 in this embodiment calculates the average I of the time series data of the current I, the standard deviation σI of the time series data of the current I, the time rate of change dI/dt of the time series data of the current I and its standard deviation σ dt/dI . These calculations are performed by the methods described in Fig. 3 and Fig. 8 of the embodiment. When the detection unit 7 detects an abnormality, the circuit breaker control unit 7a transmits an opening command to the DC circuit breaker 21 to control the DC circuit breaker 21.

なお故障電流検出回路36は、マイクロコンピュータやFPGAといったプロセッサで構成されてもよい。故障電流検出回路36は、1つのプロセッサで構成されてもよいし、複数のプロセッサで構成されてもよい。故障電流検出回路36が複数のプロセッサで構成される場合には、AD変換部4、デジタル信号読込部5、分析部6、検出部7、及び、遮断器制御部7aが適宜統合及び分散されて各プロセッサに配置される。例えばAD変換部4が1つのプロセッサに、デジタル信号読込部5、分析部6、検出部7、及び遮断器制御部7aが1つのプロセッサにそれぞれ配置されてもよい。あるいは、AD変換部4が1つのプロセッサに、デジタル信号読込部5、分析部6、及び検出部7が1つのプロセッサに、遮断器制御部7aが1つのプロセッサにそれぞれ配置されてもよい。 The fault current detection circuit 36 may be configured with a processor such as a microcomputer or FPGA. The fault current detection circuit 36 may be configured with one processor or multiple processors. When the fault current detection circuit 36 is configured with multiple processors, the AD conversion unit 4, the digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, the detection unit 7, and the circuit breaker control unit 7a are appropriately integrated and distributed and arranged in each processor. For example, the AD conversion unit 4 may be arranged in one processor, and the digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, the detection unit 7, and the circuit breaker control unit 7a may be arranged in one processor. Alternatively, the AD conversion unit 4 may be arranged in one processor, the digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, and the detection unit 7 may be arranged in one processor, and the circuit breaker control unit 7a may be arranged in one processor.

図14は、実施例1に係る直流き電回路1Sにおける過負荷電流と短絡電流の様相を示す図である。図14では、横軸を時刻t、縦軸を電流Iとする。直流き電システムでは、負荷電流が許容電流より大きくなった場合や短絡が発生した際には、故障電流の発生、すなわち、き電システムの異常として検出して直流遮断器を制御する。図14に示すように、過負荷電流39は、緩やかに増加して負荷の許容電流CtIより大きくなることを特徴とし、短絡電流40は、図14の例では故障点が変電所近傍であるため、時間変化率40aに示すように、当該変電所に配置された遮断器に流れる電流が短時間で増加する(時間変化率dI/dtが所定以上大きい)ことを特徴とする。故障電流検出回路36は、過負荷電流39と短絡電流40を選別して検出すると共に、ノイズ発生時には不要動作せず、かつ、早期に過負荷および短絡の異常を検出することが要請される。以上から、実施形態で示した異常検出装置及び異常検出方法を直流き電システムへ適用することができる。 14 is a diagram showing the state of the overload current and the short circuit current in the DC power supply circuit 1S according to the first embodiment. In FIG. 14, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the current I. In the DC power supply system, when the load current becomes larger than the allowable current or when a short circuit occurs, the occurrence of a fault current, i.e., an abnormality in the power supply system, is detected and the DC circuit breaker is controlled. As shown in FIG. 14, the overload current 39 is characterized by gradually increasing and becoming larger than the allowable current CtI of the load, and the short circuit current 40 is characterized by the current flowing through the circuit breaker arranged at the substation increasing in a short time (the time change rate dI/dt is greater than a predetermined value) as shown in the time change rate 40a, since the fault point is near the substation in the example of FIG. 14. The fault current detection circuit 36 is required to selectively detect the overload current 39 and the short circuit current 40, not to operate unnecessarily when noise occurs, and to detect the abnormality of the overload and the short circuit early. From the above, the anomaly detection device and anomaly detection method shown in the embodiment can be applied to a DC power supply system.

図15A及び図15Bは、実施例1に係る過負荷電流と短絡電流の検出方法を説明するための図である。図15Aでは、横軸を電流Iの時系列データの平均I ̄、縦軸を電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtとしている。また図15Aでは、電流Iの基準値をI1、I2、電流Iの時間変化率dI/dtの基準値をA1としている。図15Bでは、横軸を電流Iの時系列データの標準偏差σI、縦軸を電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtの標準偏差σdI/dtとしている。また図15Bでは、電流Iの基準値をI1、I2、電流Iの時間変化率dI/dtの基準値をA1としている。 15A and 15B are diagrams for explaining a method for detecting an overload current and a short circuit current according to the first embodiment. In FIG. 15A, the horizontal axis indicates the average I of the time series data of the current I, and the vertical axis indicates the time rate of change dI/dt of the time series data of the current I. In FIG. 15A, the reference values of the current I are I1 and I2, and the reference value of the time rate of change dI/dt of the current I is A1. In FIG. 15B, the horizontal axis indicates the standard deviation σI of the time series data of the current I, and the vertical axis indicates the standard deviation σ dI/ dt of the time rate of change dI/dt of the time series data of the current I. In FIG. 15B, the reference values of the current I are I1 and I2, and the reference value of the time rate of change dI/dt of the current I is A1.

図15Aの斜線で示すように、故障電流の判定領域を領域Re1と領域Re2に分けて考える。領域Re1は、短絡電流の検出に用いる領域であり、電流が基準値I1より大かつ電流Iの時間変化率が基準値A1より大のときに故障と判定する領域である。領域Re2は、過負荷電流の検出に用いる領域であり、電流が基準値I2より大かつ電流Iの時間変化率が基準値A1未満のときに故障と判定する領域である。 As shown by the diagonal lines in Figure 15A, the fault current judgment region is divided into region Re1 and region Re2. Region Re1 is the region used to detect short-circuit current, and is the region where a fault is judged to exist when the current is greater than reference value I1 and the time rate of change of current I is greater than reference value A1. Region Re2 is the region used to detect overload current, and is the region where a fault is judged to exist when the current is greater than reference value I2 and the time rate of change of current I is less than reference value A1.

故障電流検出回路36では、分析部6は、電流Iの時系列データの平均I ̄、電流Iの時系列データの標準偏差σI、電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtとその標準偏差σdI/dtを統計的手法により計算し、これらの計算結果に基づいて過負荷電流や短絡電流を検出する。例えば、電流Iの時系列データの平均I ̄は式(1)より、電流Iの時系列データの標準偏差σIは式(2)より、電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtは式(6)より、電流Iの時系列データの時間変化率の標準偏差σdI/dtは式(9)より求める。図15Aでは、電流Iの時系列データにおける標準偏差σIの基準値CtσI、時間変化率の標準偏差σdI/dtの基準値CtσdI/dtを決め、標準偏差σIと標準偏差σdI/dtの少なくともどちらか一方が図15Bに示す基準値を超える場合には、図15Aに示す条件に領域Re1、Re2に該当したとしても故障電流(すなわち過負荷電流と短絡電流)と評価せず、検出しないものとする。 In the fault current detection circuit 36, the analysis unit 6 calculates the average I of the time series data of current I, the standard deviation σI of the time series data of current I, the time rate of change dI/dt of the time series data of current I and its standard deviation σ dI/dt by statistical methods, and detects an overload current or a short circuit current based on these calculation results. For example, the average I of the time series data of current I is obtained from equation (1), the standard deviation σI of the time series data of current I from equation (2), the time rate of change dI/dt of the time series data of current I from equation (6), and the standard deviation σ dI/dt of the time rate of change of the time series data of current I from equation (9). In FIG. 15A, a reference value CtσI of the standard deviation σI in the time-series data of current I and a reference value CtσdI / dt of the standard deviation σdI/dt of the time change rate are determined, and if at least one of the standard deviation σI and the standard deviation σdI /dt exceeds the reference value shown in FIG. 15B, even if the conditions shown in FIG. 15A fall within the regions Re1 and Re2, the current is not evaluated as a fault current (i.e., an overload current and a short circuit current) and is not detected.

すなわち、短絡電流の検出条件は、領域Re1に該当し、式(13)のようになる。
(I ̄>I1)∧(σI<CtσI)∧(dI/dt>A1)∧(σdI/dt<CtσdI/dt)
・・・(13)
That is, the detection condition for the short-circuit current corresponds to the region Re1 and is expressed by the formula (13).
(I ̄>I1)∧(σI<CtσI)∧(dI/dt>A1)∧(σ dI/dt <Ctσ dI/dt )
...(13)

また、過負荷電流の検出条件は、領域Re2に該当し、式(14)のようになる。
(I ̄>I2)∧(σI<CtI)∧(dI/dt<A1)∧(σdI/dt<CtσdI/dt)
・・・(14)
Moreover, the detection condition for the overload current corresponds to the region Re2 and is expressed by the formula (14).
(I ̄>I2)∧(σI<CtI)∧(dI/dt<A1)∧(σ dI/dt <Ctσ dI/dt )
...(14)

上記では、標準偏差σIと標準偏差σdI/dtを計算結果の誤差の指標としたが、式(3)に基づく平均I ̄の誤差I ̄error及び式(11)に基づく時間変化率dI/dtの誤差dI/dterrorを誤差の指標として採用してもよい。 In the above, the standard deviation σI and the standard deviation σ dI/dt are used as indexes of error in the calculation results. However, the error I error of the average I based on equation (3) and the error dI/dterror of the time rate of change dI/dt based on equation (11) may also be used as indexes of error.

図16Aは、減衰振動によるノイズの模擬の一次元回帰分析結果を示す図である。図16Bは、短絡電流の模擬の一次元回帰分析結果を示す図である。図16Cは、減衰振動によるノイズと短絡電流の模擬の比較結果を示す図である。図16A及び図16Bにてノイズと短絡電流を模擬して回帰分析した結果を用い、本実施例における異常検出方法の有効性を説明する。図16Aは、減衰振動でノイズを模擬した時系列データの波形16aを示す。図16Bは、3×10A/sで上昇する短絡電流を模擬した時系列データの波形16bを示す。 Fig. 16A is a diagram showing the results of one-dimensional regression analysis of the simulation of noise due to damped vibration. Fig. 16B is a diagram showing the results of one-dimensional regression analysis of the simulation of short circuit current. Fig. 16C is a diagram showing the results of comparison between the simulation of noise due to damped vibration and the short circuit current. Using the results of regression analysis of the simulation of noise and short circuit current in Figs. 16A and 16B, the effectiveness of the anomaly detection method in this embodiment will be explained. Fig. 16A shows a waveform 16a of time series data in which noise is simulated by damped vibration. Fig. 16B shows a waveform 16b of time series data in which a short circuit current rising at 3 x 106 A/s is simulated.

図16Bの短絡電流の波形では、計測器に±2%の誤差があるとし、疑似乱数を用いてその誤差を計算し、y=3×10×±2%として求めた。比較のためには同じデータ数と時間幅で回帰分析を実施する必要があるため、図16A、図16Bに示すように、同じ時間幅ΔT((0-T)秒)のデータ点に対して回帰分析を実施した。図16A、図16BにおけるΔT内にあるデータ数も同じにした。その結果を図16Cに示す。 For the short-circuit current waveform in Figure 16B, the measuring instrument was assumed to have an error of ±2%, and the error was calculated using pseudorandom numbers as y = 3 x 10 6 x ±2%. For comparison, it was necessary to perform regression analysis with the same number of data and time width, so regression analysis was performed on data points with the same time width ΔT ((0-T) seconds), as shown in Figures 16A and 16B. The number of data within ΔT in Figures 16A and 16B was also the same. The results are shown in Figure 16C.

図16Cに示すように、電流Iの時間変化率dI/dtは、減衰振動ノイズが3.12×10A/s、短絡電流が2.96×10A/sとなった。また電流Iの時間変化率dI/dtの標準偏差σdI/dtは、減衰振動ノイズが0.53×10A/s、短絡電流が0.0059×10A/sとなった。また電流Iの時間変化率dI/dtの誤差σdI/dterrorは、減衰振動ノイズが17%、短絡電流が0.2%となった。減衰振動ノイズと短絡電流とで、時間変化率dI/dtは、はほぼ一致しているが、標準偏差σdI/dtに大きな差がある。このことは、本実施例によれば、標準偏差σdI/dtを用いてノイズ発生時に不要に異常を検出することを防ぐことを示している。 As shown in Fig. 16C, the time rate of change dI/dt of the current I was 3.12 x 106 A/s for the damped vibration noise and 2.96 x 106 A/s for the short circuit current. The standard deviation σ dI/dt of the time rate of change dI /dt of the current I was 0.53 x 106 A/s for the damped vibration noise and 0.0059 x 106 A/s for the short circuit current. The error σ dI/dt error of the time rate of change dI/dt of the current I was 17% for the damped vibration noise and 0.2% for the short circuit current. The time rate of change dI/dt of the damped vibration noise and the short circuit current are almost the same, but there is a large difference in the standard deviation σ dI/dt . This shows that according to this embodiment, the standard deviation σ dI/dt is used to prevent unnecessary detection of an abnormality when noise occurs.

さらに、時間変化率dI/dtをアナログの微分回路で検出する際は、たとえば、図16Bのように計測した電流信号に±2%の計測誤差がある場合は、その微分信号の計測結果には電流の計測誤差に対して2倍の±4%程度の誤差が発生すると考えられる。しかし、本実施例のように、統計的手法である回帰分析を用いることで、図16Cのように時間変化率の時間変化率dI/dtの誤差σdI/dterrorを0.2%に抑制できている。よって、本実施例によれば、異常の検出精度を高めることが分かる。なお、誤差σdI/dterrorは、式(11)を用いて計算した。 Furthermore, when detecting the time rate of change dI/dt using an analog differentiation circuit, for example, if the measured current signal has a measurement error of ±2% as shown in FIG. 16B, the measurement result of the differentiation signal is expected to have an error of about ±4%, twice the measurement error of the current. However, by using regression analysis, which is a statistical method, as in this embodiment, the error σ dI/dt error of the time rate of change dI/dt of the time rate of change can be suppressed to 0.2% as shown in FIG. 16C. Therefore, it can be seen that this embodiment improves the accuracy of detecting anomalies. The error σ dI/dt error was calculated using formula (11).

実施例2では、実施例1にて説明した故障電流検出回路36,38を用い、隣接する二変電所間で短絡電流が発生した際の故障点の推定方法を説明する。 In Example 2, a method for estimating a fault point when a short circuit current occurs between two adjacent substations is described using the fault current detection circuits 36 and 38 described in Example 1.

図17は、実施例2に係る故障電流検出回路41の構成を示す図である。実施例2における故障電流検出回路41では、図13で説明した故障電流検出回路36と同様に、電流計測器35で計測されたアナログ信号を入力する。故障電流検出回路41は、AD変換部4、デジタル信号読込部5、分析部6、検出部7、及び、故障点分析部42を含んで構成される。故障点分析部42は、分析部6によって計算された電流Iの時系列データの平均I ̄、電流Iの時系列データの標準偏差σI、電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtとその標準偏差σdI/dtを用い、変電所から故障点44(図18)を介して形成される電路の抵抗R及びインダクタンスLを計算して、遠征子局47(図18)へ送信する。遠征子局47は、コンピュータ等である。 FIG. 17 is a diagram showing the configuration of a fault current detection circuit 41 according to the second embodiment. In the fault current detection circuit 41 according to the second embodiment, an analog signal measured by a current meter 35 is input, similarly to the fault current detection circuit 36 described in FIG. 13. The fault current detection circuit 41 includes an AD conversion unit 4, a digital signal reading unit 5, an analysis unit 6, a detection unit 7, and a fault point analysis unit 42. The fault point analysis unit 42 uses the average I of the time series data of the current I calculated by the analysis unit 6, the standard deviation σI of the time series data of the current I, the time rate of change dI/dt of the time series data of the current I and its standard deviation σ dI/dt to calculate the resistance R and inductance L of the electric path formed from the substation via the fault point 44 (FIG. 18), and transmits them to the remote slave station 47 (FIG. 18). The remote slave station 47 is a computer or the like.

なお故障電流検出回路41は、マイクロコンピュータやFPGAといったプロセッサで構成されてもよい。故障電流検出回路41は、1つのプロセッサで構成されてもよいし、複数のプロセッサで構成されてもよい。故障電流検出回路41が複数のプロセッサで構成される場合には、AD変換部4、デジタル信号読込部5、分析部6、検出部7、及び、故障点分析部42が適宜統合及び分散されて各プロセッサに配置される。 The fault current detection circuit 41 may be configured with a processor such as a microcomputer or FPGA. The fault current detection circuit 41 may be configured with one processor or multiple processors. When the fault current detection circuit 41 is configured with multiple processors, the AD conversion unit 4, the digital signal reading unit 5, the analysis unit 6, the detection unit 7, and the fault point analysis unit 42 are appropriately integrated and distributed and placed in each processor.

図18は、実施例2に係る直流き電回路2Sと短絡事故が発生した際の様相を示す図である。実施例2に係る直流き電回路2Sは、実施例1における図12と同様に、第1の変電設備である変電所13(変電所A)と変電所13に隣接する第2の変電設備である変電所14(変電所B)を含んで構成される。図18では、上り架線29の区間Bとレール32の間で短絡事故が発生した場合を考察することとし、簡単のため、図12に記載した直流遮断器18、直流遮断器19、直流遮断器20、直流遮断器26、直流遮断器27、直流遮断器28は記載しない。 Figure 18 is a diagram showing a DC power supply circuit 2S according to the second embodiment and the state when a short circuit occurs. The DC power supply circuit 2S according to the second embodiment is configured to include a substation 13 (substation A) which is a first substation facility and a substation 14 (substation B) which is a second substation facility adjacent to the substation 13, similar to Figure 12 in the first embodiment. In Figure 18, a case where a short circuit occurs between section B of the up-going overhead line 29 and the rail 32 is considered, and for simplicity, the DC circuit breaker 18, DC circuit breaker 19, DC circuit breaker 20, DC circuit breaker 26, DC circuit breaker 27, and DC circuit breaker 28 shown in Figure 12 are not shown.

図18では、変電所13では、電流計測器35は、直流遮断器21の下流の電流を計測し、そのアナログ信号を、図17で説明した故障電流検出回路41に入力する。変電所14においても同様に、電流計測器37は、直流遮断器25の下流の電流を計測してそのアナログ信号を故障電流検出回路43に入力する。なお、故障電流検出回路43の構成は、故障電流検出回路41と同じである。 In FIG. 18, in the substation 13, the current meter 35 measures the current downstream of the DC circuit breaker 21 and inputs the analog signal to the fault current detection circuit 41 described in FIG. 17. Similarly in the substation 14, the current meter 37 measures the current downstream of the DC circuit breaker 25 and inputs the analog signal to the fault current detection circuit 43. The configuration of the fault current detection circuit 43 is the same as that of the fault current detection circuit 41.

上り架線29の区間Bとレール32の間で短絡事故が発生した場合は、故障点44における抵抗が0になるため、変電所13の交流入力から直流遮断器21を介して故障点44に流れる電流経路45、及び、変電所14の交流入力から直流遮断器25を介して故障点44に流れる電流経路46となる。 If a short circuit occurs between section B of the up-going overhead line 29 and the rail 32, the resistance at the fault point 44 becomes zero, resulting in a current path 45 that flows from the AC input of the substation 13 to the fault point 44 via the DC circuit breaker 21, and a current path 46 that flows from the AC input of the substation 14 to the fault point 44 via the DC circuit breaker 25.

図18に示すように、変電所13から故障点44までの上り架線29における抵抗はR11、インダクタンスはL11、故障点44から変電所A13までのレール32における抵抗はR12、インダクタンスはL12とする。電流経路45における抵抗の抵抗Rは、R=R11+R12となり、電流経路45におけるインダクタンスLは、L=L11+L12となる。同様に、変電所14から故障点44までの上り架線29における抵抗はR21、インダクタンスはL21、故障点44から変電所14までのレール32における抵抗はR22、インダクタンスはL22とする。電流経路46における抵抗Rは、R=R21+R22となり、電流経路46におけるインダクタンスLは、L=L21+L22となる。 18, the resistance of the upstream overhead line 29 from the substation 13 to the fault point 44 is R11 , the inductance is L11 , and the resistance of the rail 32 from the fault point 44 to the substation A13 is R12 , and the inductance is L12 . The resistance R1 of the resistor in the current path 45 is R1 = R11 + R12 , and the inductance L1 in the current path 45 is L1 = L11 + L12 . Similarly, the resistance of the upstream overhead line 29 from the substation 14 to the fault point 44 is R21 , the inductance is L21 , and the resistance of the rail 32 from the fault point 44 to the substation 14 is R22 , and the inductance is L22 . The resistance R 2 in the current path 46 is expressed as R 2 =R 21 +R 22 , and the inductance L 2 in the current path 46 is expressed as L 2 =L 21 +L 22 .

短絡電流を検出した際には、故障電流検出回路41は抵抗R及びインダクタンスLを計算し、故障電流検出回路43は抵抗R及びインダクタンスLを計算し、それぞれ、遠方監視制御設備等の遠征子局47に送信する。遠征子局47は、受信した抵抗R及びインダクタンスLと、抵抗R及びインダクタンスLをもとに故障点の位置を計算する。以下で、その計算方法の詳細を説明する。 When a short circuit current is detected, the fault current detection circuit 41 calculates the resistance R1 and the inductance L1 , and the fault current detection circuit 43 calculates the resistance R2 and the inductance L2 , and transmits them to a remote slave station 47 such as a remote monitoring and control facility. The remote slave station 47 calculates the location of the fault point based on the received resistance R1 and inductance L1 , and resistance R2 and inductance L2 . The calculation method will be described in detail below.

図18に示すように、電流経路45は、直列のLR回路になっている。変電所13の送出電圧をV0(V)、電流経路45に流れる電流をIとすると、下記式(15)が成り立つ。例えばV0=1500(V)などの定数としてもよく、電圧計測器(不図示)で送り出し電圧を計測してもよい。

Figure 0007649730000012
18, the current path 45 is a series LR circuit. If the sending voltage of the substation 13 is V0 (V) and the current flowing through the current path 45 is I, the following formula (15) is established. For example, V0 may be a constant such as 1500 (V), or the sending voltage may be measured by a voltage meter (not shown).
Figure 0007649730000012

図17を参照して説明したように、故障電流検出回路41では、故障点分析部42は、分析部6によって計算された電流Iの時系列データの平均I ̄、電流Iの時系列データの標準偏差σI、電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtとその標準偏差σdI/dtを記録している。また、電圧計測器(不図示)で計測した送り出し電圧V0も記録している。故障点分析部42は、電流Iの時系列データの平均I ̄と電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtのうち、短絡電流を検出した時刻をt0、そのΔT秒後の時刻をt1=t0+ΔTとすると、式(15)から、式(16)及び式(17)が成り立つ。

Figure 0007649730000013
Figure 0007649730000014
As described with reference to Fig. 17, in the fault current detection circuit 41, the fault point analysis unit 42 records the average I of the time series data of the current I calculated by the analysis unit 6, the standard deviation σI of the time series data of the current I, the time rate of change dI/dt of the time series data of the current I and its standard deviation σdI/dt. The fault point analysis unit 42 also records the sending voltage V0 measured by a voltage meter (not shown). If the time when the short circuit current is detected is t0 and the time ΔT seconds after that is t1 = t0 + ΔT, the following formulas (16) and (17) are established from formula (15).
Figure 0007649730000013
Figure 0007649730000014

式(13)及び式(14)の連立方程式から抵抗R1及びインダクタンスL1が求まる。

Figure 0007649730000015
Figure 0007649730000016
The resistance R1 and the inductance L1 are determined from the simultaneous equations (13) and (14).
Figure 0007649730000015
Figure 0007649730000016

このとき、電流Iの時系列データの平均I ̄と電流Iの時系列データの時間変化率dI/dtは、電流Iの時系列データの標準偏差σI、電流Iの時系列データの時間変化率の標準偏差σdI/dtの計算結果が、それぞれ基準値より小さいものを用いる。そうすることで、R及びLを精度よく求めることができる。 In this case, the average I of the time series data of current I and the time rate of change dI/dt of the time series data of current I are used such that the calculation results of the standard deviation σI of the time series data of current I and the standard deviation σdI /dt of the time rate of change of the time series data of current I are smaller than the respective reference values. By doing so, R1 and L1 can be obtained with high accuracy.

このように、故障電流検出回路41の分析部6で計算した結果を故障点分析部42で記録し、その計算結果の時系列データと式(18)及び式(19)を用いることで、変電所と故障点における電路の抵抗及びインダクタンスを導出できる。式(18)及び式(19)を用い、電流経路46の抵抗R及びインダクタンスLも計算できる。抵抗及びインダクタンスは、電路の長さに比例するため、遠征子局47は、変電所13及び変電所14の距離DABがわかっていれば、R、Rを用い、変電所13から故障点44までの距離D、変電所14から故障点44までの距離Dを式(20)及び式(21)のように導出できる。例えば、R:R=D:D=D:(DAB-D)=(DAB-D):Dである。

Figure 0007649730000017
Figure 0007649730000018
In this way, the results calculated by the analysis unit 6 of the fault current detection circuit 41 are recorded by the fault point analysis unit 42, and the resistance and inductance of the electric circuit at the substation and the fault point can be derived by using the time series data of the calculation results and equations (18) and (19). The resistance R2 and inductance L2 of the current path 46 can also be calculated using equations (18) and (19). Since the resistance and inductance are proportional to the length of the electric circuit, if the distance DAB between the substation 13 and the substation 14 is known, the remote substation 47 can use R1 and R2 to derive the distance D A from the substation 13 to the fault point 44 and the distance D B from the substation 14 to the fault point 44 as shown in equations (20) and (21). For example, R1 : R2 = D A :D B = D A :(D AB - D A ) = (D AB - D B ):D B.
Figure 0007649730000017
Figure 0007649730000018

また、L、Lを用いて、距離D、距離Dを式(22)及び式(23)のように導出できる。

Figure 0007649730000019
Figure 0007649730000020
Furthermore, distances D A and D B can be derived using L 1 and L 2 as shown in equations (22) and (23).
Figure 0007649730000019
Figure 0007649730000020

また、インダクタンスLと抵抗Rの直列回路から成る直流き電システムにおいて、変電所からの送出電圧Eのときの短絡発生時刻tの電流Iを表す式(24)から抵抗及びインダクタンスを求めてもよい。

Figure 0007649730000021
In addition, in a DC power feeding system consisting of a series circuit of inductance L and resistance R, the resistance and inductance may be obtained from equation (24) which expresses the current I at the time t when a short circuit occurs when the output voltage E from the substation is E.
Figure 0007649730000021

式(24)からわかるように、直流のLR回路では時間が経過すると共に電流IはE/Rに近付く。式(25)を回帰曲線として回帰分析を実施して回帰係数のc、dを計算する。その値と電圧Eから、抵抗及びインダクタンスを計算し、式(20)及び式(21)、又は、式(21)及び式(22)から、変電所から故障点までの距離を計算してもよい。

Figure 0007649730000022
As can be seen from equation (24), in a DC LR circuit, the current I approaches E/R as time passes. Regression analysis is performed using equation (25) as a regression curve to calculate the regression coefficients c and d. The resistance and inductance are calculated from these values and the voltage E, and the distance from the substation to the fault point can be calculated from equations (20) and (21), or (21) and (22).
Figure 0007649730000022

なお必ずしも遠征子局47が故障点44を算出する必要はない。例えば、短絡電流が発生した場合に、短絡電流を検出した故障電流検出回路41又は43の故障点分析部42が、隣接する変電所の故障電流検出回路41又は43の故障点分析部42と通信を行って抵抗及びインダクタンスの値を受信する。短絡電流を検出した故障電流検出回路41又は43の故障点分析部42は、隣接する変電所の故障電流検出回路41又は43の故障点分析部42から受信した抵抗及びインダクタンスと、自装置が計算した抵抗及びインダクタンスを用いて、故障点を算出するようにしてもよい。 Note that it is not necessary for the remote substation 47 to calculate the fault point 44. For example, when a short circuit current occurs, the fault point analysis unit 42 of the fault current detection circuit 41 or 43 that detected the short circuit current communicates with the fault point analysis unit 42 of the fault current detection circuit 41 or 43 of the adjacent substation to receive the resistance and inductance values. The fault point analysis unit 42 of the fault current detection circuit 41 or 43 that detected the short circuit current may calculate the fault point using the resistance and inductance received from the fault point analysis unit 42 of the fault current detection circuit 41 or 43 of the adjacent substation and the resistance and inductance calculated by the device itself.

実施例3では、実施形態で説明した異常検出装置S及び異常検出方法を適用したコンデンサ容量点検システム及びコンデンサ容量点検方法について説明する。実施例3は、対象システムにおいて計測される物理量が複数である場合の一例である。 In Example 3, a capacitor capacity inspection system and a capacitor capacity inspection method are described that apply the anomaly detection device S and the anomaly detection method described in the embodiment. Example 3 is an example of a case where multiple physical quantities are measured in the target system.

図19は、実施例3に係るコンデンサ容量点検システムを用いたコンデンサ充放電回路3Sの構成を示す図である。図19に示すコンデンサ充放電回路3Sは、直流電源48、充電スイッチ49、充電抵抗50、コンデンサ51、放電抵抗52、放電スイッチ53、充放電制御装置54、ダイオード55、電流計測器56、電圧計測器57、及び、コンデンサ容量点検部58を含んで構成される。 Figure 19 is a diagram showing the configuration of a capacitor charge/discharge circuit 3S using a capacitor capacity inspection system according to the third embodiment. The capacitor charge/discharge circuit 3S shown in Figure 19 includes a DC power source 48, a charge switch 49, a charge resistor 50, a capacitor 51, a discharge resistor 52, a discharge switch 53, a charge/discharge control device 54, a diode 55, a current meter 56, a voltage meter 57, and a capacitor capacity inspection unit 58.

充電スイッチ49及び放電スイッチ53は、有接点リレーまたは無接点の半導体スイッチ等を用いる。充放電制御装置54は、充電時には放電スイッチ53をオフしてそのあと充電スイッチ49をオンして充電を開始し、放電時には、充電スイッチ49をオフして充電を停止した後に放電スイッチ53をオンして放電を開始する。 The charge switch 49 and the discharge switch 53 use contact relays or non-contact semiconductor switches. When charging, the charge/discharge control device 54 turns off the discharge switch 53 and then turns on the charge switch 49 to start charging, and when discharging, it turns off the charge switch 49 to stop charging, and then turns on the discharge switch 53 to start discharging.

ダイオード55は、放電時にコンデンサ51から放電抵抗52に電流が流れるよう制御するために配置されている。電流計測器56は、コンデンサ51に流れる電流を計測する。電圧計測器57は、コンデンサ51の電圧を計測する。電流計測器56は、計測電流のアナログ信号をコンデンサ容量点検部58に入力する。電圧計測器57は、計測電圧のアナログ信号をコンデンサ容量点検部58に入力する。 Diode 55 is arranged to control the current flow from capacitor 51 to discharge resistor 52 during discharge. Ammeter 56 measures the current flowing through capacitor 51. Voltage meter 57 measures the voltage of capacitor 51. Ammeter 56 inputs an analog signal of the measured current to capacitor capacitance inspection unit 58. Voltage meter 57 inputs an analog signal of the measured voltage to capacitor capacitance inspection unit 58.

コンデンサ容量点検部58は、AD変換部4a、デジタル信号読込部5a、及び、分析部6aを含んで構成される。AD変換部4aは、計測電流のアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号読込部5aは、AD変換部4aによって変換されたデジタル信号を読込んで演算処理できるようデータ化する。分析部6aは、デジタル信号読込部5aによって読込まれたデジタル信号が変換されたデータのうちの最新データを含む時系列データを統計的手法に基づき分析し、時系列データの平均や時間変化率等の推定値と推定値の誤差や時系列データのバラつき度合(標準偏差等)を計算する。 The capacitor capacity inspection unit 58 is composed of an AD conversion unit 4a, a digital signal reading unit 5a, and an analysis unit 6a. The AD conversion unit 4a converts the analog signal of the measured current into a digital signal. The digital signal reading unit 5a reads the digital signal converted by the AD conversion unit 4a and converts it into data so that it can be processed. The analysis unit 6a analyzes the time series data, including the latest data among the data converted from the digital signal read by the digital signal reading unit 5a, based on statistical methods, and calculates the estimated values such as the average and time change rate of the time series data, the error of the estimated values, and the degree of variation of the time series data (standard deviation, etc.).

また、コンデンサ容量点検部58は、AD変換部4b、デジタル信号読込部5b、及び、分析部6bを含んで構成される。AD変換部4bは、計測電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号読込部5bは、AD変換部4bによって変換されたデジタル信号を読込んで演算処理できるようデータ化する。分析部6bは、デジタル信号読込部5aによって読込まれたデジタル信号が変換されたデータのうちの最新データを含む時系列データを統計的手法に基づき分析し、時系列データの平均や時間変化率等の推定値と推定値の誤差や時系列データのバラつき度合(標準偏差等)を計算する。 The capacitor capacity inspection unit 58 is composed of an AD conversion unit 4b, a digital signal reading unit 5b, and an analysis unit 6b. The AD conversion unit 4b converts the analog signal of the measured voltage into a digital signal. The digital signal reading unit 5b reads the digital signal converted by the AD conversion unit 4b and converts it into data so that it can be processed. The analysis unit 6b analyzes the time series data, including the latest data among the data converted from the digital signal read by the digital signal reading unit 5a, based on statistical methods, and calculates the estimated values such as the average and time rate of change of the time series data, the error of the estimated values, and the degree of variation of the time series data (standard deviation, etc.).

また、コンデンサ容量点検部58は、分析部6a及び分析部6bの計算結果に基づいて、コンデンサ51の容量を推定するコンデンサ容量計算部(検出部)59を含んで構成される。コンデンサ容量計算部59は、計算したコンデンサ容量の推定値を管理部60に送信する。 The capacitor capacity inspection unit 58 also includes a capacitor capacity calculation unit (detection unit) 59 that estimates the capacity of the capacitor 51 based on the calculation results of the analysis units 6a and 6b. The capacitor capacity calculation unit 59 transmits the calculated estimated value of the capacitor capacity to the management unit 60.

管理部60は、コンデンサ容量の管理値とコンデンサ容量計算部59で計算されたコンデンサ容量の推定値を比較し、管理値から外れた場合に異常として警報を出す。また、管理部60は、コンデンサ容量計算部59から受信したコンデンサ容量の推定値を記録する。 The management unit 60 compares the capacitor capacity management value with the estimated capacitor capacity calculated by the capacitor capacity calculation unit 59, and issues an alarm indicating an abnormality if the value deviates from the management value. The management unit 60 also records the estimated capacitor capacity received from the capacitor capacity calculation unit 59.

図19では、管理部60をコンデンサ容量点検部58の外に図示したが、コンデンサ容量点検部58の中に配置してもよい。このコンデンサ51の容量の評価及び点検は、コンデンサ51の充電又は放電時に実施するものとし、充放電制御装置54からの指令で実行される。 In FIG. 19, the management unit 60 is illustrated outside the capacitor capacity inspection unit 58, but it may be disposed inside the capacitor capacity inspection unit 58. The evaluation and inspection of the capacity of the capacitor 51 is performed when the capacitor 51 is charged or discharged, and is executed in response to a command from the charge/discharge control device 54.

分析部6aは、電流Iの時系列データの平均I ̄、電流Iの時系列データの標準偏差σIを計算する。分析部6bは、電圧Vの時系列データの時間変化率dV/dtとその標準偏差σdV/dtを計算する。平均I ̄及び標準偏差σIは図3に示した手法で計算し、時間変化率dV/dt及び標準偏差σdV/dtは図8に示した手法で計算する。 The analysis unit 6a calculates the average I of the time series data of the current I and the standard deviation σI of the time series data of the current I. The analysis unit 6b calculates the time rate of change dV/dt and its standard deviation σ dV/dt of the time series data of the voltage V. The average I and the standard deviation σI are calculated by the method shown in Fig. 3, and the time rate of change dV/dt and the standard deviation σ dV/dt are calculated by the method shown in Fig. 8.

または、充電回路で想定されるモデル関数を作成し、そのモデル関数を回帰方程式として回帰分析を実施して求めてもよい。いずれの場合においても、統計的手法で計算する。 Alternatively, a model function expected for the charging circuit can be created, and the model function can be used as a regression equation to perform regression analysis. In either case, the calculation is performed using statistical methods.

以下では、コンデンサ容量計算部59におけるコンデンサ容量の計算方法について説明する。コンデンサ51の容量をC、コンデンサに蓄えられた電荷をQは、コンデンサ電圧をVとすると、式(26)が成り立つ。

Figure 0007649730000023
The following describes how the capacitor capacitance is calculated by the capacitor capacitance calculation unit 59. If the capacitance of the capacitor 51 is C, the charge stored in the capacitor is Q, and the capacitor voltage is V, then equation (26) holds.
Figure 0007649730000023

式(26)を時間微分すると、式(27)のようになる。

Figure 0007649730000024
When equation (26) is differentiated with respect to time, equation (27) is obtained.
Figure 0007649730000024

電荷の時間変化は電流Iであることから、式(27)を変形すると式(28)のようになる。

Figure 0007649730000025
Since the change in charge over time is a current I, equation (27) can be transformed into equation (28).
Figure 0007649730000025

式(28)に、分析部6aによって計算された電流Iの時系列データの平均I ̄、分析部6bによって計算された電圧Vの時系列データの時間変化率dV/dtを代入してコンデンサ容量を計算できる。このとき、電流Iの時系列データの標準偏差σI、電圧Vの時系列データの時間変化率の標準偏差σdV/dtが予め決められた基準値より小さいときのデータを用いることで、コンデンサ容量の計算精度を高めることができる。 The capacitance of the capacitor can be calculated by substituting the average I of the time series data of the current I calculated by the analysis unit 6a and the time rate of change dV/dt of the time series data of the voltage V calculated by the analysis unit 6b into equation (28). At this time, the accuracy of the calculation of the capacitance of the capacitor can be improved by using data when the standard deviation σI of the time series data of the current I and the standard deviation σ dV/dt of the time rate of change of the time series data of the voltage V are smaller than predetermined reference values.

なおコンデンサ容量点検部58及び管理部60は、マイクロコンピュータやFPGAといったプロセッサで構成されてもよい。コンデンサ容量点検部58は、1つのプロセッサで構成されてもよいし、複数のプロセッサで構成されてもよい。コンデンサ容量点検部58が複数のプロセッサで構成される場合には、AD変換部4a,4b、デジタル信号読込部5a,5b、分析部6a,6b、コンデンサ容量計算部59、及び、管理部60が適宜統合及び分散されて各プロセッサに配置される。 The capacitor capacity inspection unit 58 and the management unit 60 may be configured with a processor such as a microcomputer or FPGA. The capacitor capacity inspection unit 58 may be configured with one processor or multiple processors. When the capacitor capacity inspection unit 58 is configured with multiple processors, the AD conversion units 4a, 4b, the digital signal reading units 5a, 5b, the analysis units 6a, 6b, the capacitor capacity calculation unit 59, and the management unit 60 are appropriately integrated and distributed and placed in each processor.

(その他の実施形態)
上述の実施形態及び実施例に関連し、さらに以下の実施形態を開示する。
Other Embodiments
In relation to the above-mentioned embodiments and examples, the following embodiments are further disclosed.

(1)対象システムにおいて計測される物理量に基づいて前記対象システムの異常を検出する異常検出装置であって、前記対象システムにおいて計測された物理量の時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換する読込部と、前記時系列データのうちの最新の所定数の時系列データを分析し、該最新の所定数の時系列データに基づく統計量及び該統計量の誤差を計算する分析部と、前記分析部によって計算された前記統計量のバラつき度合が所定条件を充足する場合に、前記統計量に基づいて前記対象システムの異常を検出する検出部とを有することを特徴とする異常検出装置。 (1) An anomaly detection device that detects an anomaly in a target system based on a physical quantity measured in the target system, comprising: a reading unit that reads quantized time series data of the physical quantity measured in the target system and converts the read quantized data into time series data that can be processed by calculation; an analysis unit that analyzes a predetermined number of the most recent time series data from the time series data and calculates a statistical quantity and an error in the statistical quantity based on the predetermined number of the most recent time series data; and a detection unit that detects an anomaly in the target system based on the statistical quantity when the degree of variation in the statistical quantity calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.

上記(1)では、対象システムの正常性を評価するための計測対象となる物理量を計測器で計測し、その計測したアナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理できるようデータ化し、データ化した過去の複数点分と最新のデータを含む時系列データを統計的手法に基づいて平均や時間変化率などの推定値(統計量)およびそれらの誤差、時系列データのバラつき度合を計算し、その計算結果に基づいてシステムの異常を検出する。よって、計算した平均や時間変化率などの誤差や時系列データのばらつき度合が小さい場合は推定値の信頼性が高くなるため、推定値が異常と判定する基準値に達した場合に異常と評価する。計算した平均や時間変化率などの誤差や時系列データのバラつき度合が大きい場合は推定値の信頼性が低くなるため、推定値が異常値の基準に達しても異常と評価しない。よって、異常検出の精度及び信頼性を向上できる。 In the above (1), a measuring instrument is used to measure physical quantities to evaluate the normality of a target system, the measured analog signals are converted into digital signals and digitized for processing, and time-series data including the digitized past data points and the latest data is used to calculate estimated values (statistics) such as the average and time rate of change, as well as their errors and the degree of variation in the time-series data, and anomalies in the system are detected based on the calculation results. Therefore, when the error in the calculated average, time rate of change, etc., and the degree of variation in the time-series data are small, the reliability of the estimated value is high, and an abnormality is detected when the estimated value reaches a reference value for determining an abnormality. When the error in the calculated average, time rate of change, etc., and the degree of variation in the time-series data are large, the reliability of the estimated value is low, and therefore an abnormality is not detected even if the estimated value reaches the reference value for an abnormality. This improves the accuracy and reliability of anomaly detection.

(2)上記(1)に記載の異常検出装置であって、前記読込部は、所定周期で、前記量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを前記時系列データへ変換し、前記読込部によって、前記所定周期の今回周期の量子化データが読込まれてから、前記所定周期の次回周期の量子化データが読込まれるまでに、前記分析部は、前記今回周期の量子化データが演算処理可能に変換された時系列データを含む最新の所定数の時系列データを分析し、該最新の所定数の時系列データに基づく今回周期の統計量及び該今回周期の統計量の誤差を計算する処理を完了し、前記検出部は、前記分析部によって計算された前記今回周期の統計量及び該今回周期の統計量の誤差が所定条件を充足する場合に、前記今回周期の統計量に基づいて前記対象システムの異常を検出する処理を完了することを特徴とする異常検出装置。 (2) The anomaly detection device according to (1) above, characterized in that the reading unit reads the quantized data at a predetermined cycle and converts the read quantized data into the time series data, and between the time when the reading unit reads the quantized data for a current cycle of the predetermined cycle and the time when the reading unit reads the quantized data for a next cycle of the predetermined cycle, the analysis unit analyzes the latest predetermined number of time series data including time series data converted from the quantized data for the current cycle so as to be capable of being processed, and completes a process of calculating the statistics for the current cycle and the error of the statistics for the current cycle based on the latest predetermined number of time series data, and the detection unit completes a process of detecting an anomaly in the target system based on the statistics for the current cycle when the statistics for the current cycle and the error of the statistics for the current cycle calculated by the analysis unit satisfy a predetermined condition.

上記(2)では、時系列データの平均値や時間変化率などの推定値と誤差の計算および異常検出は、最新のデジタル信号の受信からその次のデジタル信号が入力されるまでの間に完了することとし、常に最新データを考慮してリアルタイムに異常を評価して検出する。よって、常に最新データを考慮して推定値と誤差、時系列データのバラつき度合を計算して異常を評価するため、遅延なく早期の異常検出が可能になる。 In (2) above, calculation of estimates and errors such as the average value and time rate of change of time series data, and anomaly detection are completed between the reception of the latest digital signal and the input of the next digital signal, and anomalies are evaluated and detected in real time, always taking into account the latest data. Therefore, because estimates and errors, and the degree of variation in time series data are calculated and evaluated always taking into account the latest data, early anomaly detection is possible without delay.

(3)上記(1)に記載の異常検出装置であって、前記統計量は、前記最新の所定数の時系列データの平均であり、前記統計量の誤差は、前記平均もしくは前記最新の所定数の時系列データの標準偏差であり、前記検出部は、前記分析部によって計算された前記標準偏差が所定条件を充足する場合に、前記平均に基づいて前記対象システムの異常を検出することを特徴とする異常検出装置。 (3) The anomaly detection device according to (1) above, wherein the statistic is the average of the latest predetermined number of time series data, the error of the statistic is the average or the standard deviation of the latest predetermined number of time series data, and the detection unit detects an anomaly in the target system based on the average when the standard deviation calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.

上記(3)では、最新の所定数の時系列データの平均もしくは最新の所定数の時系列データの標準偏差が所定条件を充足する場合に、平均の信頼性が高くなるため、平均に基づいて対象システムの異常を検出することで、異常検出の精度及び信頼性を向上できる。 In the above (3), when the average of a specified number of the most recent time series data or the standard deviation of a specified number of the most recent time series data satisfies a specified condition, the reliability of the average is high. Therefore, by detecting an anomaly in the target system based on the average, the accuracy and reliability of anomaly detection can be improved.

(4)上記(1)に記載の異常検出装置であって、前記統計量は、前記最新の所定数の時系列データの時間変化率であり、前記統計量の誤差は、前記時間変化率の標準偏差であり、前記検出部は、前記分析部によって計算された前記標準偏差が所定条件を充足する場合に、前記時間変化率に基づいて前記対象システムの異常を検出することを特徴とする異常検出装置。 (4) The anomaly detection device according to (1) above, wherein the statistic is the time change rate of the latest predetermined number of time series data, the error of the statistic is the standard deviation of the time change rate, and the detection unit detects an anomaly in the target system based on the time change rate when the standard deviation calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.

上記(4)では、最新の所定数の時系列データの時間変化率の標準偏差が所定条件を充足する場合に、時間変化率の信頼性が高くなるため、時間変化率に基づいて対象システムの異常を検出することで、異常検出の精度及び信頼性を向上できる。 In the above (4), when the standard deviation of the time change rate of the latest specified number of time series data satisfies a specified condition, the reliability of the time change rate is high, so by detecting an anomaly in the target system based on the time change rate, the accuracy and reliability of anomaly detection can be improved.

(5)上記(1)に記載の異常検出装置であって、前記統計量は、前記最新の所定数の時系列データの平均及び時間変化率であり、前記統計量の誤差は、前記平均もしくは前記最新の所定数の時系列データの標準偏差及び前記時間変化率の標準偏差であり、前記検出部は、前記分析部によって計算された前記標準偏差が所定条件を充足する場合に、前記平均及び前記時間変化率に基づいて前記対象システムの異常を検出することを特徴とする異常検出装置。 (5) The anomaly detection device according to (1) above, wherein the statistics are the average and time rate of change of the latest predetermined number of time series data, the error of the statistics is the average or the standard deviation of the latest predetermined number of time series data and the standard deviation of the time rate of change, and the detection unit detects an anomaly in the target system based on the average and the time rate of change when the standard deviation calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.

上記(5)では、最新の所定数の時系列データの平均もしくは最新の所定数の時系列データの標準偏差及び最新の所定数の時系列データの時間変化率の標準偏差が所定条件を充足する場合に、平均及び時間変化率の信頼性が高くなるため、平均及び時間変化率に基づいて前記対象システムの異常を検出することで、異常検出の精度及び信頼性を向上できる。 In (5) above, when the average of the latest specified number of time series data or the standard deviation of the latest specified number of time series data and the standard deviation of the time change rate of the latest specified number of time series data satisfy specified conditions, the reliability of the average and the time change rate is high, so by detecting an anomaly in the target system based on the average and the time change rate, the accuracy and reliability of anomaly detection can be improved.

(6)上記(4)又は(5)に記載の異常検出装置であって、前記分析部は、前記最新の所定数の時系列データの回帰分析によって前記時間変化率及び前記時間変化率の標準偏差を計算することを特徴とする異常検出装置。 (6) The anomaly detection device according to (4) or (5) above, wherein the analysis unit calculates the time change rate and the standard deviation of the time change rate by regression analysis of the latest predetermined number of time series data.

上記(6)では、回帰分析によって時間変化率及び時間変化率の標準偏差を計算することで、異常検出の精度を高めることができる。 In (6) above, the accuracy of anomaly detection can be improved by calculating the time rate of change and the standard deviation of the time rate of change through regression analysis.

(7)上記(5)に記載の異常検出装置であって、前記対象システムは、電力網から受電した電力の電圧を変換し遮断器を介してき電線へ供給する変電システムであり、前記物理量は、前記変電システムを流れる電流であり、前記検出部によって前記変電システムの異常が検出された場合に、前記遮断器を開放して前記き電線への電力の供給の遮断する制御を行う遮断器制御部を有することを特徴とする異常検出装置。 (7) The abnormality detection device according to (5) above, wherein the target system is a substation system that converts the voltage of power received from a power grid and supplies it to a feeder line via a circuit breaker, the physical quantity is a current flowing through the substation system, and the abnormality detection device has a circuit breaker control unit that opens the circuit breaker to cut off the supply of power to the feeder line when an abnormality in the substation system is detected by the detection unit.

上記(7)によれば、き電システムにおいて精度よく過負荷電流や短絡電流等の異常電流をノイズと弁別して検出し、迅速かつ適切に遮断器開放を行うことができる。 According to (7) above, abnormal currents such as overload currents and short-circuit currents can be accurately detected and distinguished from noise in the power supply system, and the circuit breaker can be opened quickly and appropriately.

(8)上記(7)に記載の異常検出装置であって、前記変電システムは、前記き電線に沿って複数存在し、前記検出部によって前記変電システムの異常が検出された場合に、前記電流の時系列データの平均、前記電流の時系列データもしくは該平均の標準偏差、前記電流の時系列データの時間変化率、及び、該時間変化率の標準偏差を用いて、前記変電システムから前記き電線の故障点を介して形成される電路の抵抗及びインダクタンスを計算する故障点分析部を有し、前記故障点分析部によって計算された異常が検出された前記変電システムの前記抵抗及び前記インダクタンスと、前記故障点分析部によって計算された該変電システムに隣接する変電システムの前記抵抗及び前記インダクタンスと、に基づいて、前記故障点が算出されることを特徴とする異常検出装置。 (8) The abnormality detection device described in (7) above, wherein the substation systems are present in multiple locations along the feeder line, and when an abnormality in the substation system is detected by the detection unit, the device has a fault point analysis unit that calculates the resistance and inductance of the electric path formed from the substation system through a fault point in the feeder line using the average of the current time series data, the current time series data or the standard deviation of the average, the time change rate of the current time series data, and the standard deviation of the time change rate, and the fault point is calculated based on the resistance and the inductance of the substation system in which an abnormality is detected, calculated by the fault point analysis unit, and the resistance and the inductance of a substation system adjacent to the substation system, calculated by the fault point analysis unit.

上記(8)では、迅速かつ精度よく計算された変電システムの抵抗及びインダクタンスに基づき変電システムを始点及び終点とする電路における故障点を推定し、迅速かつ高精度に故障点を推定できる。 In the above (8), the fault point in the circuit beginning and ending at the substation system can be estimated based on the resistance and inductance of the substation system that are quickly and accurately calculated, and the fault point can be estimated quickly and with high accuracy.

(9)上記(1)又は(2)に記載の異常検出装置であって、前記物理量は、複数であり、前記読込部は、複数の前記物理量毎に、前記時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換し、前記分析部は、複数の前記物理量毎に、前記統計量及び該統計量の誤差を計算し、前記検出部は、前記分析部によって計算された複数の前記物理量毎の前記統計量のバラつき度合が所定条件を充足する場合に、複数の前記物理量毎の前記統計量に基づいて前記対象システムの異常を検出することを特徴とする異常検出装置。 (9) The anomaly detection device according to (1) or (2) above, wherein the physical quantities are multiple, the reading unit reads the time series quantized data for each of the multiple physical quantities and converts the read quantized data into time series data that can be processed by calculation, the analysis unit calculates the statistics and the errors of the statistics for each of the multiple physical quantities, and the detection unit detects an anomaly in the target system based on the statistics for each of the multiple physical quantities when the degree of variation of the statistics for each of the multiple physical quantities calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.

上記(9)では、複数の物理量毎の統計量のバラつき度合が所定条件を充足する場合に、複数の物理量毎の統計量に基づいて対象システムの異常を検出するので、対象システムにおいて計測される複数の物理量を用いて、異常検出の精度を高めたり、多様な指標の高精度な推定値を算出したりすることができる。 In the above (9), when the degree of variation in the statistics for multiple physical quantities satisfies a predetermined condition, an anomaly in the target system is detected based on the statistics for multiple physical quantities. Therefore, the accuracy of anomaly detection can be improved and highly accurate estimates of various indicators can be calculated using the multiple physical quantities measured in the target system.

(10)上記(9)に記載の異常検出装置であって、前記対象システムは、直流電源部から直流電圧を受電するコンデンサを有するコンデンサの充放電システムであり、前記物理量は、前記コンデンサを流れる電流及び前記コンデンサの電圧であり、前記読込部は、前記コンデンサを流れる電流及び前記コンデンサの電圧毎に、前記時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換し、前記分析部は、前記コンデンサを流れる電流の平均と該平均の誤差、及び、前記コンデンサの電圧の時間変化率と該時間変化率の誤差を計算し、前記検出部は、前記分析部によって計算された前記平均の誤差及び前記時間変化率の誤差が所定条件を充足する場合に、前記平均及び前記時間変化率を基に前記コンデンサの容量を計算することを特徴とする異常検出装置。 (10) The abnormality detection device according to (9) above, wherein the target system is a capacitor charging/discharging system having a capacitor that receives a DC voltage from a DC power supply unit, the physical quantities are a current flowing through the capacitor and a voltage of the capacitor, the reading unit reads the time series quantized data for each current flowing through the capacitor and each voltage of the capacitor and converts the read quantized data into time series data that can be processed, the analysis unit calculates the average of the current flowing through the capacitor and the error between the average, and the time rate of change of the voltage of the capacitor and the error between the time rate of change, and the detection unit calculates the capacitance of the capacitor based on the average and the time rate of change when the error between the average and the time rate of change calculated by the analysis unit satisfy a predetermined condition.

上記(10)では、コンデンサを流れる電流の平均の誤差及びコンデンサの電圧の時間変化率の誤差が所定条件を充足する場合に、コンデンサの電流の平均及びコンデンサの電圧の時間変化率を基にコンデンサの容量を計算することで、精度よくコンデンサの容量の点検を行うことができる。 In the above (10), when the error in the average current flowing through the capacitor and the error in the time rate of change of the capacitor voltage satisfy predetermined conditions, the capacitance of the capacitor can be calculated based on the average current of the capacitor and the time rate of change of the capacitor voltage, thereby enabling accurate inspection of the capacitance of the capacitor.

(11)上記(1)~(10)の何れか1項に記載の異常検出装置と、前記対象システムにおいて計測された物理量を前記時系列の量子化データへ変換する変換部とを有することを特徴とする異常検出システム。 (11) An anomaly detection system comprising the anomaly detection device according to any one of (1) to (10) above, and a conversion unit that converts a physical quantity measured in the target system into the time-series quantized data.

上記(11)によれば、対象システムにおいて計測された物理量を変換した時系列の量子化データを出発点として、対象システム等の異常検出を行うことで、アナログ信号特有のノイズをデジタル信号上で識別できるので、対象システムの異常検出を精度よく行うことができる。 According to (11) above, by detecting anomalies in the target system, etc., starting from time-series quantized data obtained by converting physical quantities measured in the target system, noise specific to analog signals can be identified on a digital signal, so that anomalies in the target system can be detected with high accuracy.

(12)対象システムにおいて計測される物理量に基づいて前記対象システムの異常を検出する異常検出装置が実行する異常検出方法であって、前記対象システムにおいて計測された物理量の時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換する読込ステップと、前記時系列データのうちの最新の所定数の時系列データを分析し、該最新の所定数の時系列データに基づく統計量及び該統計量の誤差を計算する分析ステップと、前記分析ステップによって計算された前記統計量のバラつき度合が所定条件を充足する場合に、前記統計量に基づいて前記対象システムの異常を検出する検出ステップとを有することを特徴とする異常検出方法。 (12) An anomaly detection method executed by an anomaly detection device that detects an anomaly in a target system based on a physical quantity measured in the target system, the anomaly detection method comprising: a reading step of reading quantized time series data of the physical quantity measured in the target system and converting the read quantized data into time series data that can be processed by calculation; an analysis step of analyzing a predetermined number of the most recent time series data from the time series data and calculating a statistical quantity and an error in the statistical quantity based on the predetermined number of the most recent time series data; and a detection step of detecting an anomaly in the target system based on the statistical quantity when the degree of variation in the statistical quantity calculated by the analysis step satisfies a predetermined condition.

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、矛盾しない限りにおいて、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成で置き換え、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、構成の追加、削除、置換、統合、又は分散をすることが可能である。また、実施形態で示した構成及び処理は、処理効率又は実装効率に基づいて適宜分散、統合、または入れ替えることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modified examples. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. Furthermore, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment, so long as there is no contradiction. It is also possible to add, delete, replace, integrate, or distribute part of the configuration of each embodiment. Furthermore, the configurations and processes shown in the embodiments can be distributed, integrated, or replaced as appropriate based on processing efficiency or implementation efficiency.

1:システム、1S,2S:直流き電回路、2:物理量、3:計測器、4,4a,4b:AD変換部、5,5a,5b:デジタル信号読込部、6,6a,6b:分析部、7:検出部、13,14:変電所、15:交流遮断器、16:変圧器、17:整流器、18,19,20,21,25,26,27,28:直流遮断器、22:交流遮断器、23:変圧器、24:整流器、29:上り架線、30:下り架線、31:列車、32:レール、35,37:電流計測器、36,38:故障電流検出回路、41:故障電流検出回路、42:故障点分析部、43:故障電流検出回路、47:遠征子局、48:直流電源、49:充電スイッチ、50:充電抵抗、51:コンデンサ、52:放電抵抗、53:放電スイッチ、55:ダイオード、56:電流計測器、57:電圧計測器、59:コンデンサ容量計算部(検出部)、60:管理部
1: System, 1S, 2S: DC power supply circuit, 2: Physical quantity, 3: Measuring instrument, 4, 4a, 4b: AD conversion unit, 5, 5a, 5b: Digital signal reading unit, 6, 6a, 6b: Analysis unit, 7: Detection unit, 13, 14: Substation, 15: AC circuit breaker, 16: Transformer, 17: Rectifier, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28: DC circuit breaker, 22: AC circuit breaker, 23: Transformer, 24: Rectifier, 29: Upstream overhead line, 30: Downstream overhead line, 3 1: train, 32: rail, 35, 37: current meter, 36, 38: fault current detection circuit, 41: fault current detection circuit, 42: fault point analysis unit, 43: fault current detection circuit, 47: remote slave station, 48: DC power supply, 49: charging switch, 50: charging resistor, 51: capacitor, 52: discharging resistor, 53: discharging switch, 55: diode, 56: current meter, 57: voltage meter, 59: capacitor capacity calculation unit (detection unit), 60: management unit

Claims (11)

対象システムにおいて計測される物理量に基づいて前記対象システムの異常を検出する異常検出装置であって、
所定周期で、前記対象システムにおいて計測された物理量の時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換する読込部と、
前記所定周期で、前記時系列データのうちの最新の所定数の時系列データを分析し、該最新の所定数の時系列データに基づく推定値と推定値の誤差又は該最新の所定数の時系列データのバラつき度合を計算する分析部と、
前記所定周期で、前記分析部によって計算された前記推定値の誤差又は前記ラつき度合が所定条件を充足するかを判定し、該所定条件を充足する場合に、前記推定値に基づいて前記対象システムの異常を検出する検出部と
を有し、
前記読込部によって、前記所定周期の今回周期の前記量子化データが読込まれてから、前記所定周期の次回周期の前記量子化データが読込まれるまでに、
前記分析部は、
前記所定周期の前回周期において前記推定値と該推定値の誤差又は前記バラつき度合を計算する際に用いた前記所定数の時系列データから最も古い一定数の時系列データを先入れ先出し法により破棄し、前記今回周期において前記読込部によって前記量子化データから変換された前記時系列データを含めた前記最新の所定数の時系列データに基づいて、前記今回周期の前記推定値と前記推定値の誤差又は前記バラつき度合を計算し、
前記検出部は、
前記分析部によって計算された前記今回周期の前記推定値の誤差又は前記バラつき度合が所定条件を充足するか否かを判定し、該所定条件を充足する場合に、前記今回周期の前記推定値に基づいて前記対象システムの異常を検出する
ことを特徴とする異常検出装置。
1. An anomaly detection device for detecting an anomaly in a target system based on a physical quantity measured in the target system, comprising:
a reading unit that reads , at a predetermined cycle, quantized data of a time series of physical quantities measured in the target system and converts the read quantized data into time series data that can be processed by calculation;
an analysis unit that analyzes a predetermined number of latest time series data among the time series data at the predetermined period and calculates an estimated value based on the predetermined number of latest time series data and an error of the estimated value or a degree of variation of the predetermined number of latest time series data ;
a detection unit that determines whether the error or the degree of variation of the estimated value calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition at the predetermined period , and detects an abnormality of the target system based on the estimated value when the predetermined condition is satisfied ;
From when the quantized data of the current period of the predetermined cycle is read by the reading unit until when the quantized data of the next period of the predetermined cycle is read by the reading unit,
The analysis unit includes:
discarding, by a first-in, first-out method, a certain number of the oldest time-series data from the predetermined number of time-series data used when calculating the error or the degree of variation between the estimated value and the estimated value in the previous period of the predetermined period, and calculating the error or the degree of variation between the estimated value and the estimated value in the current period based on the latest predetermined number of time-series data including the time-series data converted from the quantized data by the reading unit in the current period;
The detection unit is
determining whether or not an error or a degree of variation in the estimated value for the current cycle calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition, and if the predetermined condition is satisfied, detecting an abnormality in the target system based on the estimated value for the current cycle .
請求項1に記載の異常検出装置であって、
前記推定値は、前記最新の所定数の時系列データの平均であり、
前記バラつき度合いは、記最新の所定数の時系列データの標準偏差であり、
前記検出部は、前記分析部によって計算された前記標準偏差が所定条件を充足する場合に、前記平均に基づいて前記対象システムの異常を検出する
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 1 ,
the estimated value is an average of the latest predetermined number of time series data;
the degree of variation is a standard deviation of the latest predetermined number of time-series data;
The anomaly detection device, wherein the detection unit detects an anomaly in the target system based on the average when the standard deviation calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.
請求項1に記載の異常検出装置であって、
前記推定値は、前記最新の所定数の時系列データの時間変化率であり、
前記推定値の誤差は、前記時間変化率の標準偏差であり、
前記検出部は、前記分析部によって計算された前記標準偏差が所定条件を充足する場合に、前記時間変化率に基づいて前記対象システムの異常を検出する
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 1 ,
the estimated value is a time change rate of the latest predetermined number of time-series data;
the error of the estimate is the standard deviation of the time rate of change;
The anomaly detection device, wherein the detection unit detects an anomaly in the target system based on the time change rate when the standard deviation calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.
請求項1に記載の異常検出装置であって、
前記推定値は、前記最新の所定数の時系列データの平均及び時間変化率であり、
前記バラつき度合いは、前記最新の所定数の時系列データの標準偏差であり、
前記推定値の誤差は、記時間変化率の標準偏差であり、
前記検出部は、前記分析部によって計算された前記最新の所定数の時系列データ及び前記時間変化率の標準偏差が所定条件を充足する場合に、前記平均及び前記時間変化率に基づいて前記対象システムの異常を検出する
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 1 ,
The estimated value is an average and a time rate of change of the latest predetermined number of time series data,
the degree of variation is a standard deviation of the latest predetermined number of time-series data;
the error of the estimate is the standard deviation of the time rate of change;
the detection unit detects an anomaly in the target system based on the average and the time rate of change when the latest predetermined number of time series data and the standard deviation of the time rate of change calculated by the analysis unit satisfy a predetermined condition.
請求項又はに記載の異常検出装置であって、
前記分析部は、前記最新の所定数の時系列データの回帰分析によって前記時間変化率及び前記時間変化率の標準偏差を計算する
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 3 or 4 ,
The anomaly detection device according to claim 1, wherein the analysis unit calculates the time change rate and a standard deviation of the time change rate by performing a regression analysis on the latest predetermined number of time-series data.
請求項に記載の異常検出装置であって、
前記対象システムは、電力網から受電した電力の電圧を変換し遮断器を介してき電線へ供給する変電システムであり、
前記物理量は、前記変電システムを流れる電流であり、
前記検出部によって前記変電システムの異常が検出された場合に、前記遮断器を開放して前記き電線への電力の供給の遮断する制御を行う遮断器制御部を有する
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 4 ,
The target system is a substation system that converts the voltage of power received from a power grid and supplies the power to a feeder line via a circuit breaker,
the physical quantity is a current flowing through the power transformation system,
an abnormality detection device comprising: a circuit breaker control unit that performs control to open the circuit breaker to cut off the supply of power to the feeder when an abnormality in the power substation system is detected by the detection unit.
請求項に記載の異常検出装置であって、
前記変電システムは、前記き電線に沿って複数存在し、
前記検出部によって前記変電システムの異常が検出された場合に、前記電流の時系列データの平均、前記電流の時系列データもしくは該平均の標準偏差、前記電流の時系列データの時間変化率、及び、該時間変化率の標準偏差を用いて、前記変電システムから前記き電線の故障点を介して形成される電路の抵抗及びインダクタンスを計算する故障点分析部を有し、
前記故障点分析部によって計算された異常が検出された前記変電システムの前記抵抗及び前記インダクタンスと、前記故障点分析部によって計算された該変電システムに隣接する変電システムの前記抵抗及び前記インダクタンスと、に基づいて、前記故障点が算出される
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 6 ,
The substation system is provided in plurality along the feeder line,
a fault point analysis unit that calculates, when an abnormality in the power transformation system is detected by the detection unit, a resistance and an inductance of an electric path formed from the power transformation system through a fault point in the feeder using an average of the time series data of the current, a standard deviation of the time series data of the current or the average, a time change rate of the time series data of the current, and a standard deviation of the time change rate,
An abnormality detection device characterized in that the fault point is calculated based on the resistance and the inductance of the substation system in which an abnormality has been detected, calculated by the fault point analysis unit, and the resistance and the inductance of a substation system adjacent to the substation system, calculated by the fault point analysis unit.
請求項に記載の異常検出装置であって、
前記物理量は、複数であり、
前記読込部は、複数の前記物理量毎に、前記時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換し、
前記分析部は、複数の前記物理量毎に、前記推定値と該推定値の誤差又は前記バラつき度合を計算し、
前記検出部は、前記分析部によって計算された複数の前記物理量毎の前記推定値の誤差又は前記ラつき度合が所定条件を充足する場合に、複数の前記物理量毎の前記推定値に基づいて前記対象システムの異常を検出する
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 1 ,
The physical quantities are plural,
The reading unit reads the time-series quantized data for each of the plurality of physical quantities, and converts the read quantized data into time-series data that can be processed by arithmetic operations;
the analysis unit calculates, for each of the plurality of physical quantities, an error between the estimated value and the estimated value or a degree of variation in the estimated value ;
the detection unit detects an abnormality in the target system based on the estimated values for the plurality of physical quantities when an error or a degree of variation in the estimated values for the plurality of physical quantities calculated by the analysis unit satisfies a predetermined condition.
請求項に記載の異常検出装置であって、
前記対象システムは、直流電源部から直流電圧を受電するコンデンサを有するコンデンサの充放電システムであり、
前記物理量は、前記コンデンサを流れる電流及び前記コンデンサの電圧であり、
前記読込部は、前記コンデンサを流れる電流及び前記コンデンサの電圧毎に、前記時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換し、
前記分析部は、前記コンデンサを流れる電流の平均と該電流に係る前記最新の所定数の時系列データの前記バラつき度合、及び、前記コンデンサの電圧の時間変化率と該時間変化率の誤差を計算し、
前記検出部は、前記分析部によって計算された前記バラつき度合及び前記時間変化率の誤差が所定条件を充足する場合に、前記平均及び前記時間変化率を基に前記コンデンサの容量を計算する
ことを特徴とする異常検出装置。
The abnormality detection device according to claim 8 ,
the target system is a capacitor charge/discharge system having a capacitor that receives a DC voltage from a DC power supply unit,
the physical quantities being a current flowing through the capacitor and a voltage across the capacitor,
the reading unit reads the time-series quantized data for each of the current flowing through the capacitor and the voltage of the capacitor, and converts the read quantized data into time-series data that can be processed by arithmetic operations;
the analysis unit calculates an average of the current flowing through the capacitor, the degree of variation of the latest predetermined number of time-series data related to the current , and a time rate of change of the voltage of the capacitor and an error between the time rate of change,
The abnormality detection device, characterized in that the detection unit calculates the capacitance of the capacitor based on the average and the time rate of change when the degree of variation and the error of the time rate of change calculated by the analysis unit satisfy predetermined conditions.
請求項1~の何れか1項に記載の異常検出装置と、
前記対象システムにおいて計測された物理量を前記時系列の量子化データへ変換する変換部と
を有することを特徴とする異常検出システム。
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 9 ,
a conversion unit that converts a physical quantity measured in the target system into the time-series quantized data.
対象システムにおいて計測される物理量に基づいて前記対象システムの異常を検出する異常検出装置が実行する異常検出方法であって、
所定周期で、前記対象システムにおいて計測された物理量の時系列の量子化データを読込み、読込んだ該量子化データを演算処理可能な時系列データへ変換する読込ステップと、
前記所定周期で、前記時系列データのうちの最新の所定数の時系列データを分析し、該最新の所定数の時系列データに基づく推定値と推定値の誤差又は該最新の所定数の時系列データのバラつき度合を計算する分析ステップと、
前記所定周期で、前記分析ステップによって計算された前記推定値の誤差又は前記ラつき度合が所定条件を充足するかを判定し、該所定条件を充足する場合に、前記推定値に基づいて前記対象システムの異常を検出する検出ステップと
を有し、
前記読込ステップによって、前記所定周期の今回周期の前記量子化データが読込まれてから、前記所定周期の次回周期の前記量子化データが読込まれるまでに、
前記分析ステップでは、
前記所定周期の前回周期において前記推定値と該推定値の誤差又は前記バラつき度合を計算する際に用いた前記所定数の時系列データから最も古い一定数の時系列データを先入れ先出し法により破棄し、前記今回周期において前記読込ステップによって前記量子化データから変換された前記時系列データを含めた前記最新の所定数の時系列データに基づいて、前記今回周期の前記推定値と該推定値の誤差又は前記バラつき度合を計算し、
前記検出ステップでは、
前記分析ステップによって計算された前記今回周期の前記推定値の誤差又は前記バラつき度合が所定条件を充足するか否かを判定し、該所定条件を充足する場合に、前記今回周期の前記推定値に基づいて前記対象システムの異常を検出する
ことを特徴とする異常検出方法。
1. An anomaly detection method executed by an anomaly detection device that detects an anomaly in a target system based on a physical quantity measured in the target system, comprising:
a reading step of reading , at a predetermined period, quantized data of a time series of physical quantities measured in the target system and converting the read quantized data into time series data that can be processed by calculation;
an analysis step of analyzing a predetermined number of latest time series data among the time series data at the predetermined period , and calculating an estimated value based on the predetermined number of latest time series data and an error of the estimated value or a degree of variation of the predetermined number of latest time series data ;
a detection step of determining , at the predetermined period, whether the error or the degree of variation of the estimated value calculated by the analysis step satisfies a predetermined condition, and detecting an abnormality of the target system based on the estimated value when the predetermined condition is satisfied;
In the reading step, from when the quantized data of the current period of the predetermined cycle is read to when the quantized data of the next period of the predetermined cycle is read,
In the analyzing step,
discarding, by a first-in, first-out method, a certain number of the oldest time-series data from the predetermined number of time-series data used when calculating the error or the degree of variation between the estimated value and the estimated value in the previous period of the predetermined period, and calculating the error or the degree of variation between the estimated value and the estimated value in the current period based on the latest predetermined number of time-series data including the time-series data converted from the quantized data in the reading step in the current period;
In the detection step,
determining whether or not an error or a degree of variation of the estimated value for the current cycle calculated by the analysis step satisfies a predetermined condition, and if the predetermined condition is satisfied, detecting an anomaly in the target system based on the estimated value for the current cycle .
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