传感器的筛选方法及装置、传感器数据重构方法及系统

摘要

本发明公开一种基于传感器数据重构技术的传感器的筛选方法，包括：根据传感器数据可行性，和/或，传感器失效概率，和/或，传感器重要性，从备选传感器中筛选出目标传感器集合。进一步地，还提供基于传感器数据重构技术的传感器的筛选装置、传感器数据重构方法和系统。该方法能筛选出需要进行数据重构的合理的传感器应用范围，以满足数据计算分析系统的有限计算资源及核电厂的安全性。

说明书

技术领域

本发明属于核电设备检测技术领域，具体涉及一种基于传感 器数据重构技术的传感器的筛选方法及装置、传感器数据重构方 法及系统。

背景技术

传感器数据重构技术，指通过在线智能监测核电厂传感器， 并对发生故障的传感器信号进行替换，使核电机组在一定时间段 内具备传感器故障后的自动恢复能力。

传感器数据重构技术对于降低非计划停堆概率，降低机组的 建造和运维的成本具有重要作用。然而，核电厂的传感器众多， 各传感器对机组运行的支持和影响程度存在差异，且数据计算分 析系统的计算资源有限，因此，如何合理地确定核电厂需进行数 据重构技术的传感器范围是亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足， 提供一种基于传感器数据重构技术的传感器的筛选方法及装置、 传感器数据重构方法及系统，能筛选出需要进行数据重构的合理 的传感器应用范围，以满足数据计算分析系统的有限计算资源及 核电厂的安全性。

第一方面，本发明实施例提供一种基于传感器数据重构技术 的传感器的筛选方法，包括：根据传感器数据可行性，和/或，传 感器失效概率，和/或，传感器重要性，从备选传感器中筛选出目 标传感器集合。

优选地，根据传感器数据可行性，和/或，传感器失效概率， 和/或，传感器重要性从备选传感器中筛选出目标传感器集合包括： 根据传感器数据可行性从缺省值范围内的备选传感器中筛选出第 一传感器集合；从所述第一传感器集合中选取失效概率大于失效阈值的传感器，得到第二传感器集合；根据传感器重要性从所述 第二传感器集合中筛选出所述目标传感器集合。

优选地，所述根据传感器数据可行性从缺省值范围内的备选 传感器中筛选出第一传感器集合，包括：从缺省值范围内的备选 传感器中筛选出接入集散控制系统的传感器，得到第三传感器集 合；判断第三传感器集合中的传感器的响应时长是否小于第一预设阈值，并筛选出判断结果为响应时长小于第一预设阈值的传感 器，得到第四传感器集合；判断第四传感器集合中的传感器的数 据采集的丢包率是否小于第二预设阈值，并筛选出判断结果为丢 包率小于第二预设阈值的传感器，得到第一传感器集合。

优选地，所述筛选出判断结果为丢包率小于第二预设阈值的 传感器，得到第一传感器集合包括：从第四传感器集合中筛选出 判断结果为丢包率小于第二预设阈值的传感器，得到第五传感器 集合；从第五传感器集合中筛选出测量对象为温度、压力、流量、 液位、浓度、中子通量中的任一种的传感器，得到第六传感器集 合；判断第六传感器集合中的传感器是否能收集到预设工况及预 设采集频率以上的历史运行数据，且历史运行数据的数量大于第 三预设阈值，并筛选出判断结果为能收集到预设工况及预设采集 频率以上的历史运行数据，且历史运行数据的数量大于第三预设 阈值的传感器，从而得到第一传感器集合。

优选地，从所述第一传感器集合中选取失效概率大于失效阈 值的传感器，得到第二传感器集合，具体包括：根据测量原理对 所述第一传感器集合中的传感器分类，得到W

优选地，所述获取W

优选地，所述从样本集合C

优选地，所述根据N个失效模式对W

优选地，所述根据传感器重要性从所述第二传感器集合中筛 选出所述目标传感器集合，具体包括：获取第二传感器集合中各 个传感器的重要控制功能，以构建第一映射表，第一映射表包括 传感器名称、重要控制功能，及其两者之间的映射关系；根据工 程经验获取第一映射表中各重要控制功能在失效情况下产生的后 果，后果包括严重后果和一般后果；筛选出第一映射表中重要控 制功能在失效情况下产生严重后果相应的传感器，得到目标传感 器集合。

第二方面，本发明实施例还提供一种传感器数据重构方法， 采用第一方面所述的筛选方法筛选出目标传感器集合，在线监测 目标传感器集合中所有的传感器的信号；在目标传感器集合中的 任一传感器出现故障信号时，对故障信号进行替换，以使核电机 组在预设时长内具备传感器故障后的自动恢复能力。

第三方面，本发明实施例还提供一种基于传感器数据重构技 术的传感器的筛选装置，包括筛选模块。筛选模块，用于根据传 感器数据可行性，和/或，传感器失效概率，和/或，传感器重要性， 从备选传感器中筛选出目标传感器集合。筛选模块包括第一筛选 单元、第二筛选单元和第三筛选单元。第一筛选单元，用于根据 传感器数据可行性从缺省值范围内的备选传感器中筛选出第一传 感器集合，第二筛选单元，与第一筛选单元连接，用于从所述第 一传感器集合中选取失效概率大于失效阈值的传感器，以得到第 二传感器集合，第三筛选单元，与第二筛选单元连接，用于根据 传感器重要性从所述第二传感器集合中筛选出所述目标传感器集 合。

优选地，第二筛选单元包括分类组件、获取组件、计算组件 和筛选组件。分类组件，与第一筛选单元连接，用于根据测量原 理对所述第一传感器集合中的传感器分类，得到W

第四方面，本发明实施例还提供一种传感器数据重构系统， 包括第三方面所述的基于传感器数据重构技术的传感器的筛选装 置、以及监测模块和替换模块。基于传感器数据重构技术的传感 器的筛选装置，用于筛选出目标传感器集合。监测模块，与所述 基于传感器数据重构技术的传感器的筛选装置连接，用于对传感 器数据重构技术的传感器的筛选装置筛选出的目标传感器集合进 行在线监测并输出监测结果。替换模块，与监测模块连接，用于 在监测结果出现故障信号时，对故障信号进行替换，以使核电机 组在预设时长内具备传感器故障后的自动恢复能力。

本发明的基于传感器数据重构技术的传感器的筛选方法及装 置、传感器数据重构方法及系统，根据传感器数据可行性，和/或， 传感器失效概率，和/或，传感器重要性，从备选传感器中筛选出 目标传感器集合，作为数据重构技术应用范围的传感器集合。依 据如上条件筛选出的传感器集合进行数据重构技术的应用，可满 足数据计算分析系统的有限计算资源及核电厂的安全性。

附图说明

图1：为本发明实施例1的一种基于传感器数据重构技术的 传感器的筛选方法的流程图；

图2：为本发明实施例3的一种基于传感器数据重构技术的 传感器的筛选装置的结构图；

图3：为本发明实施例3的一种基于传感器数据重构技术的 传感器的筛选装置的第二筛选单元的结构图；

图4：为本发明实施例4的一种传感器数据重构系统的结构 图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结 合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种基于传感器数据重构技术的 传感器的筛选方法，包括：根据传感器数据可行性，和/或，传感 器失效概率，和/或，传感器重要性，从备选传感器中筛选出目标 传感器集合。根据上述三种筛选条件中的任意多种筛选条件进行 传感器筛选时的顺序不唯一，筛选出的目标传感器集合可适用于 传感器数据重构技术，以满足数据计算分析系统的有限计算资源 及核电厂的安全性。

可选地，根据传感器数据可行性，和/或，传感器失效概率， 和/或，传感器重要性从备选传感器中筛选出目标传感器集合包括：

步骤101，根据传感器数据可行性从缺省值范围内的备选传感 器中筛选出第一传感器集合。

可选地，步骤101具体包括步骤S11-S13：

步骤S11，从缺省值范围内的备选传感器中筛选出接入集散控 制系统的传感器，得到第三传感器集合。

步骤S12，判断第三传感器集合中的传感器的响应时长是否小 于第一预设阈值，并筛选出判断结果为响应时长小于第一预设阈 值的传感器，得到第四传感器集合。

步骤S13，判断第四传感器集合中的传感器的数据采集的丢包 率是否小于第二预设阈值，并筛选出判断结果为丢包率小于第二 预设阈值的传感器，得到第一传感器集合。

可选地，步骤S13具体包括步骤S131-S133：

步骤S131，从第四传感器集合中筛选出判断结果为丢包率小 于第二预设阈值的传感器，得到第五传感器集合。

步骤S132，从第五传感器集合中筛选出测量对象为温度、压 力、流量、液位、浓度、中子通量中的任一种的传感器，得到第 六传感器集合。

步骤S133，判断第六传感器集合中的传感器是否能收集到预 设工况及预设采集频率以上的历史运行数据，且历史运行数据的 数量大于第三预设阈值，并筛选出判断结果为能收集到预设工况 及预设采集频率以上的历史运行数据，且历史运行数据的数量大 于第三预设阈值的传感器，从而得到第一传感器集合。

本实施例中，以RCV系统(化学和容积系统)为例进行说明， 根据核电工程文件，获取RCV系统原缺省值范围内的传感器，作 为备选传感器，共计34个传感器，如表1所示：

表1

分析表1中34个传感器的传感器数据可行性，其中，传感器 数据可行性包括传感器数据传输可用性和传感器运行数据可用 性。

首先，分析表1中34个传感器是否均满足传感器数据传输可 用性(即信号传输要求)，判断条件如下：(1)传感器是否已接 入核电厂DCS系统；(2)从传感器数据获取至输出的响应时间 是否小于阈值X

若某传感器无法满足信号传输要求，则把该传感器从备选传 感器中去除；若某传感器同时满足如上三种判断条件，则继续保 留在备选传感器中。本实施例中，经过分析获得表1中34个传感 器均与DCS系统连接，且各传感器的响应时间小于阈值X

其次，分析传感器运行数据可用性(即历史运行数据量是否 充足)，历史运行数据包括正常运行数据和异常运行数据，判断 条件如下：(1)传感器测量的对象是否为核电厂流体工艺系统的 带有惯性特征的缓变数据，包括：温度、压力、流量、液位、浓 度、中子通量6类；(2)传感器可收集到的20％Pn以上工况的、 采集频率在1秒钟1次及其以上的正常历史数据和异常历史数据 的数据点数量是否大于给阈值X

若某传感器无法满足传感器运行数据可用性要求，则把该传 感器从备选传感器中去除；若某传感器同时满足如上两种判断条 件，则继续保留在备选传感器中。本实施例中，经过分析获得表1 中34个传感器为温度、压力、流量、液位四类，且该34个传感 器均能够收集到20％Pn以上工况的、采集频率在1秒钟1次的历 史运行数据，且历史运行数据的数量大于阈值X

步骤102，从第一传感器集合中选取失效概率大于失效阈值的 传感器，得到第二传感器集合。

可选地，步骤102具体包括步骤S21-S24：

步骤S21，根据测量原理对第一传感器集合中的传感器分类， 得到W

通常，根据传感器测量参数类型进行归类，归为Q

表2

本实施例中，根据表2所示的测量原理类型对第一传感器集 合中的34个传感器进行分类，得到W

表3

步骤S22，获取W

可选地，获取W

其中，从样本集合C

S1，从样本集合C

S2，将所有子样本C

S3，筛选出失效为否的判断结果对应的子样本C

S4，将样本集合Z

S5，迭代执行h次S2-S4，得到第h+2状态监测模型，h为正 整数；

S6，将所有子样本C

S7，筛选出失效为是的判断结果对应的子样本C

本实施例中，依次收集W

随后，把10000×60的数据矩阵中模型输出的正常样本作为训练样 本重新训练核回归分类模型，迭代得到最终的核回归分类模型；将 10000×60的数据矩阵代入该最终的核回归分类模型，输出每一组 1×60的状态(输出为10000×1的矩阵；0表示正常样本，1表示失 效样本)；将所有输出为失效样本的1×60的子样本组合成一个 3213×60失效样本集合F

其中，根据N个失效模式对W

本实施例中，分别对4个W

其中，计算W

本实施例中，分别计算4个W

步骤S23，对N个失效模式相应的失效概率求和，得到W

步骤S24，选取总失效概率大于失效阈值的W

本实施例中，分别计算4个W

步骤103，根据传感器重要性从第二传感器集合中筛选出目标 传感器集合。

可选地，步骤103具体包括步骤S31-S33：

步骤S31，获取第二传感器集合中各个传感器的重要控制功 能，以构建第一映射表，第一映射表包括传感器名称、重要控制 功能，及其两者之间的映射关系。

步骤S32，根据工程经验获取第一映射表中各重要控制功能在 失效情况下产生的后果，后果包括严重后果和一般后果。

步骤S33，筛选出第一映射表中重要控制功能在失效情况下产 生严重后果相应的传感器，得到目标传感器集合。

本实施例中，根据核电厂《功能分析》文件，获取第二传感 器集合中各个传感器的重要控制功能清单：

B

(1)发生二类工况的严重后果，具体包括：

·反应堆次临界时调节棒组失控地提升；

·反应堆运行时调节棒组失控地提升；

·一个或一组控制棒组件位置控制不当或落棒；

·硼酸失控地稀释；

·反应堆冷却剂流量部分丧失；

·一个停运环路的启动；

·全部丧失负荷和(或)汽轮机事故停机；

·主给水丧失；

·蒸汽发生器主给水系统运行不正常；

·负荷过度增加(在满功率时)；

·反应堆冷却剂系统短暂泄压；

·二回路一个安全阀误开启；

·安全注射系统误启动。

(2)导致违反核电厂运行技术规格书的运行限制条件(LCO) 的严重后果。

第二传感器集合中的第i个传感器所有重要控制功能产生严重 后果的数量s

表4

对于表4每一个重要控制功能，根据工程经验，分析该重要 控制功能失效可能产生的后果，最后筛选得出如表5所示的15 个失效产生严重后果的传感器，形成目标传感器集合。后续可对 目标传感器集合中的15个传感器进行数据重构技术的应用。

表5

本实施例提供的基于传感器数据重构技术的传感器的筛选 方法，具有如下有益效果：

(1)经济性：提升了核电厂传感器数据重构技术的可行性， 将技术不可行、失效概率低、失效导致后果不严重的传感器筛除， 将有限的计算资源优先分配给重要的传感器数据重构功能，从而 节省机组计算成本，提升经济性；对传感器的针对性筛选可以提 升后续传感器数据重构模型的性能，使得后续重构模型能使故障 传感器具有较强的自动恢复功能，使机组可以继续保持满功率运 行。因此可以代替传统“定期试验”，在计划停堆时，统一有针对 性的维修，从而降低了运维成本。

(2)安全性：对于传感器失效数据的搜集和分类工作，有利 于在传感器数据重构期间构建模型，可以提升模型的性能，使重 构模型能准确的修复核电厂传感器故障，从而避免电厂系统基于 错误的机组状态信号触发自动动作误动或拒动，以提高传感器的 运行可靠性。可以将有限的计算资源提供给重要的传感器，减少 传感器重构的响应时间，避免电厂系统传感器故障时，由于来不 及响应导致错误的机组状态信号触发自动动作误动或拒动，造成 严重后果，以提高传感器的运行可靠性。

实施例2：

本实施例提供一种传感器数据重构方法，应用于核电厂，方 法包括：

步骤201，采用实施例1所述的基于传感器数据重构技术的传 感器的筛选方法筛选出目标传感器集合。

步骤202，在线监测目标传感器集合中所有的传感器的信号。

步骤203，在目标传感器集合中的任一传感器出现故障信号 时，对故障信号进行替换，以使核电机组在预设时长内具备传感 器故障后的自动恢复能力。

实施例3：

如图2所示，本实施例提供一种基于传感器数据重构技术的 传感器的筛选装置，包括筛选模块3。筛选模块3用于根据传感器 数据可行性，和/或，传感器失效概率，和/或，传感器重要性，从 备选传感器中筛选出目标传感器集合。

可选地，筛选模块3包括第一筛选单元31、第二筛选单元32 和第三筛选单元33。

第一筛选单元31，用于根据传感器数据可行性从缺省值范围 内的备选传感器中筛选出第一传感器集合。第二筛选单元32，与 第一筛选单元31连接，用于从第一传感器集合中选取失效概率大 于失效阈值的传感器，以得到第二传感器集合。第三筛选单元33， 与第二筛选单元32连接，用于根据传感器重要性从第二传感器集 合中筛选出所述目标传感器集合。

可选地，第一筛选单元包括判断组件。判断组件用于从缺省 值范围内的备选传感器中筛选出接入集散控制系统的传感器，得 到第三传感器集合，并判断第三传感器集合中的传感器的响应时 长是否小于第一预设阈值，并筛选出判断结果为响应时长小于第 一预设阈值的传感器，得到第四传感器集合，以及用于判断第四 传感器集合中的传感器的数据采集的丢包率是否小于第二预设阈 值，并从第四传感器集合中筛选出判断结果为丢包率小于第二预 设阈值的传感器，得到第五传感器集合，从第五传感器集合中筛 选出测量对象为温度、压力、流量、液位、浓度、中子通量中的 任一种的传感器，得到第六传感器集合，还用于判断第六传感器 集合中的传感器是否能收集到预设工况及预设采集频率以上的历史运行数据，且历史运行数据的数量大于第三预设阈值，并筛选 出判断结果为能收集到预设工况及预设采集频率以上的历史运行 数据，且历史运行数据的数量大于第三预设阈值的传感器，从而 得到第一传感器集合。

可选地，如图3所示，第二筛选单元32包括分类组件321、 获取组件322、计算组件323和筛选组件324。

分类组件321，与第一筛选单元31连接，用于根据测量原理 对第一传感器集合中的传感器分类，得到W

获取组件322，与分类组件321连接，用于获取W

计算组件323，与获取组件322连接，用于对N个失效模式 相应的失效概率求和，得到W

筛选组件324，与计算组件323和第一筛选单元31连接，用 于选取总失效概率大于失效阈值的W

可选地，获取组件用于收集第一传感器集合中W

需要说明的是，本实施例的基于传感器数据重构技术的传感 器的筛选装置中的各模块、单元、组件的功能如实施例1中相应 描述。

实施例4：

如图4所述，本实施例提供一种传感器数据重构系统，包括 实施例3所述的基于传感器数据重构技术的传感器的筛选装置、 以及监测模块41和替换模块42。

基于传感器数据重构技术的传感器的筛选装置，用于筛选出 目标传感器集合。

监测模块41，与基于传感器数据重构技术的传感器的筛选装 置连接，用于对传感器数据重构技术的传感器的筛选装置筛选出 的目标传感器集合进行在线监测并输出监测结果。

替换模块42，与监测模块41连接，用于在监测结果出现故障 信号时，对故障信号进行替换，以使核电机组在预设时长内具备 传感器故障后的自动恢复能力。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理 而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领 域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况 下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的 保护范围。