電力網の詳細な分析を可能にするグリッド署名イベント ライブラリ

グリッド シグネチャ イベント ライブラリは、グリッド操作からの波形のデータセットへのアクセスを提供することにより、グリッドの動作についてのユーティリティと研究者の理解を促進します。 (画像:Adam Malin/ORNL、米国エネルギー省)

技術概要: このプロジェクトがどのように始まったのか教えていただけますか?

アーロン・ウィルソン: 私は Grid Event Signature Library の創始者ではありません。私が 2019 年に研究室に加わったときはかなり新しいものでしたが、実際に軌道に乗り始めたのは 2021 年頃でした。私が引き継いだのは 2022 年の春でした。

私たちは DOE から資金提供を受けて、電力網からのイベント署名のライブラリを作成しました。これは、これらの波形のいくつかがシステム上でどのように動作するかを調べて、自分のシステムで何を調べるべきかを知るための頼りになるリソースとなるでしょう。過去 2 年間、さまざまなパートナーからより多くのデータを入手し、これを推進し続けてきたため、実際に注目を集めるようになりました。

技術概要: システムの全体像をより良く理解してみましょう。波形を分類し、関連するイベントにラベルを付ける標準化された方法はありますか?

ウィルソン: 数年前に私たちが抱えていた課題の 1 つは、プロバイダーから取得するさまざまなデータ型すべてに統一のラベル付けスキームを割り当てることでした。私たちは、誰もが、起こったことに独自の方法でラベルを付けていることに気づきました。通常、オペレーターまたはエンジニアがイベントの記録を作成したときに注目した内容をテキストで説明する形式で提供されます。そこで、当時私たちが持っていたすべてのものを徹底的に調べた後、そのデータセットと電力システムに関する一般的なドメイン知識から得たものの両方から得たものすべてを網羅する階層システムをまとめることにしました。その後、データセット全体にわたってかなり均一な分類法を思いつきました。したがって、新しいデータを受信するたびに、適切なスロットを割り当てることができる十分な範囲の分類が得られます。

技術概要: 分類法が何であるかについて少し教えていただけますか?

ウィルソン: これには 3 つの層があり、それらをグループ、クラス、サブクラスと呼びます。グループは、どのフェーズが電力システムに影響を与えるかなど、非常に高レベルのカテゴリです。通常は 3 つのフェーズがあります。条件と呼ばれるグループがあり、そこには自然災害や気象関連のイベントなどが表示されます。クラスとサブクラスのカテゴリの下にあるところから、さまざまなイベントに割り当てる、より具体的なカテゴリを掘り下げることができます。

技術概要: どのような種類のカテゴリがあるかの例を教えていただけますか?

ウィルソン: たとえば、グループとして「条件」というカテゴリがあり、クラスとして「天気」があり、サブクラスが「雷雨」であるとします。あるいは、単に「イベント」と呼ばれるグループがあり、その下に「電力品質」というラベルの付いたクラスがあり、その下に「電流サージ」または「過渡現象」がある場合もあります。

技術概要: 電流のサージや過渡現象をイベントとどのように関連付けますか?

ウィルソン: トランジェントとは、私たちが定義しているようなイベントです。私たちがイベントを定義する方法は、異常である、つまり予期せぬ異常な動作が発生することです。

したがって、電圧と電流がグリッド上でどのように動作するかを考えてください。 AC システムがあるため、正弦波的に動作し、これらの現象や電磁場ができるだけきれいに通過するように、つまりノイズや異常なイベントが発生しないようにシステムが設計されています。異常の例としては、回路ブレーカーが作動したり、回線の一部が切断されるような何かが発生した場合が考えられます。そういった種類のことをここではイベントと呼んでいます。過渡状態とは、コンデンサ バンクがオンまたはオフに切り替わり、システムに短時間の電流が流入するような現象です。システムがそのレベルの電流を処理できるように設計されていない場合、機器に損傷を与える可能性があります。

技術概要: ユーザーはこの情報を使って何ができるでしょうか?

ウィルソン: ユーザーはサイトでアカウントを作成すると、いわゆるダッシュボードにアクセスできるようになります。そこから、さまざまなクエリ基準を使用してライブラリ内のイベントを検索できます。ダッシュボード内では、日付や時刻などのデータに関連する情報を確認できます。当社に提供されたテキストによる説明。報告されたときのサンプリング レート。記録に使用されたセンサーの種類。そしてそれをダウンロードするボタンがあります。記録内の各イベントの横には、ダウンロードする前にウェブサイトでイベントのプロットを確認できる機能もあります。

技術概要: では、私が公益事業者である場合、グリッド上で発生しているイベントを記録して、それをデータ バンクと比較するでしょうか?

ウィルソン: それは確かに一つの方法です。私たちが 3 つの研究室からなるグループで話し合っていることの 1 つは、ライブラリに統合するツールの開発です。このツールを使用すると、いわゆる逆画像検索を実行できるようになります。公益事業側からデータの一部を受け取りますが、その原因がわからないため、データベース内でできるだけ一致するものを見つけたいと考えます。それは、何が起こった可能性があるのか​​を知るのに役立つかもしれません。それは進行中のプロジェクトです。

もう 1 つの用途としては、一般教育として、これらのイベントの一部がどのようなものかを学び、これらのイベントの一部がどのように機能するかを知らないエンジニアの目を訓練するだけです。たとえば、アークシングなどのイベントの種類の名前で検索することもできます。アークシングがどのようなものかを確認して、私が持っているものと比較したいと考えています。

私がオペレーターで、データ内で起こった奇妙な現象を見て、結果として何か悪いことが起こったので、それが何なのか、あるいはそれが何を表しているのかを理解しようとしているとします。 「アーク放電していると思います」と言えます。次に、「アーク」を検索して、自分の波形とデータベース内のアーク データを比較して、「これらは似ていますか? ああ、かなり関連しているようですね、それかもしれません。」と言うことができます。あるいは、それを除外することも役立つかもしれません。

技術概要: 私がグリッド オペレーターの場合、イベントの種類がわかったら、その情報をどのように使用すればよいですか?

ウィルソン: まあ、イベントの種類にもよりますが。いわゆる初期故障が発生したと思われる場合、将来のアーク発生を示す可能性のあるパターンが発生したと思われる場合は、それをデータベース内の何かと照合することで、実際に絶縁体を破壊したり機器に損傷を与えたりする前にアークを停止させることができます。これは非常に価値のあることです。アーク発生は検出するのが難しい異常です。

技術概要: しかし、それでも何らかの方法でローカライズする必要があります。

ウィルソン: もちろん、これは単なるデータベースであり、回路ごとに異なるため、必ずしも何かが発生する可能性のある場所を示すシステムではありません。

技術概要: データベース用に波形を収集するとき、たとえばセンサーとイベントの間の距離に応じて波形が異なって見えることはありませんか?

ウィルソン: 絶対に。このようなデータベースを整理する場合には、多くの要素が関係します。システムに完全な可観測性を持たせたい場合は、X フィートごとにセンサーを設置する必要があります。それは経済的に不可能です。したがって、このようなものを使用する場合は、知識に基づいた判断を下す必要があります。

アーク放電の例では、アーク放電イベントの周波数が導体に沿ってどのように伝わるかという物理学に基づいて、測定値はその特定のイベントが発生している場所に非常に近いものになる可能性があります。したがって、それが近くで起こったと合理的に言えます。何フィートまたはマイルの数値を言うことはできませんが、その情報は必ずしもここ図書館に含まれているわけではありません。実際、これはかなり大きな研究課題です。

技術概要: 何か追加しますか?

ウィルソン: これは私たちが数年前から取り組んでいることです。このデータベースは、単なる公益事業のツールとしてではなく、学術や研究の世界で使用できるように構築するという強い意識があります。現在、特に電力網向けに多くの AI 開発が行われています。 DOE は、グリッド上にさまざまな AI およびデータベースのアプリケーションを求める多くの要求を出しています。これは、こうした取り組みの一部をサポートすることも目的としています。

技術概要: データベースの量または質のアップグレードに取り組んでいますか?

ウィルソン: はい、はい。それらは継続的な取り組みです。私たちは常にどこにいてもデータに飢えています。

技術概要: 誰がより多くのデータを提供してくれることを期待していますか?

ウィルソン: そうですね、私たちは常に公益事業会社からのデータを必要とします。なぜなら、公益事業会社には現実世界をよりよく表すデータが含まれていることが多いからです。必要なだけのデータをシミュレートしてそこに入れることはできますが、結局のところ、現実世界で発生する可能性のある例外的なケースをすべてカバーしているわけではありません。したがって、現在ここにあるものはすべて、現場でデータを記録した実際のセンサーからのものであり、プログラムからシミュレートされたものではありません。シミュレーション データに価値がないと言っているわけではありませんが、国や世界のあらゆる回路の物理学をよく知らなければ、すべての異常な動作をシミュレーションで捉えることはできません。