شماره ركورد
33021
پديد آورنده
علي منصوري
عنوان
تشخيص و پيش بيني عيب توربين بادي با استفاده از يادگيري ماشين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
سيستم هاي انرژي
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/11/15
استاد راهنما
ابوالفضل احمدي
استاد مشاور
رضا دشتي
دانشكده
فناوري هاي نوين
چكيده
توربينهاي بادي بهعنوان منبعي تجديدپذير و پاك، به كاهش انتشار گازهاي گلخانهاي، حفظ منابع طبيعي، و كاهش وابستگي به سوختهاي فسيلي كمك ميكنند. اين فناوري با هزينه عملياتي پايين، صرفهجويي اقتصادي در بلندمدت و پايداري انرژي، امنيت انرژي را براي نسلهاي آينده تضمين ميكند. همچنين، استفاده از توربينهاي بادي باعث ايجاد اشتغال و توسعه فناوري در زمينه انرژيهاي نو ميشود و راهحلي موثر براي مقابله با تغييرات اقليمي و تامين انرژي پايدار است. پيشبيني خرابي توربينهاي بادي براي افزايش بهرهوري و كاهش هزينههاي تعمير و نگهداري ضروري است. اين فرآيند با شناسايي زودهنگام مشكلات، از توقفهاي غيرمنتظره و خسارتهاي جدي جلوگيري كرده و طول عمر تجهيزات را افزايش ميدهد. همچنين، پيشبيني دقيق خرابيها به بهينهسازي زمانبندي تعميرات و حفظ پايداري توليد انرژي كمك ميكند و در نهايت باعث كاهش هزينههاي عملياتي و افزايش اعتماد به سيستمهاي انرژي تجديدپذير ميشود. لذا در اين تحقيق از الگوريتم گرگ خاكستري (GWO) براي انتخاب ويژگيهاي كليدي و تاثيرگذار با هدف افزايش دقت (Accuracy) در شناسايي خرابيهاي توربينهاي بادي با استفاده از پنج روش يادگيري ماشين شبكه عصبي مصنوعي، ماشين بردار پشتيبان، درخت تصميم، AdaBoost و XGBoost استفاده شده است. مجموعه دادههاي اين پژوهش از يك توربين 3 مگاواتي به دست آمده كه برق يك مركز توليدي بزرگ در نزديكي سواحل جنوب ايرلند را تأمين ميكند. اين دادهها از سيستم SCADA توربين استخراج شده و شامل دادههاي لحظهاي و هشدارهاي عملياتي با بازههاي 10 دقيقهاي هستند. بازه زماني اين دادهها، دورهاي 11 ماهه از ماه مي 2014 تا آوريل 2015 را در بر ميگيرد. نتايج اين تحقيق نشان ميدهد كه الگوريتم گرگ خاكستري توانسته با شناسايي و انتخاب ويژگيهاي مؤثر در مجموعه دادههاي تشخيص خرابي (Fault Detection)، تشخيص نوع خرابي (Fault Diagnosis) و پيش آگهي خرابي (Fault Prognosis)، كه تعداد كمتري نسبت به كل ويژگيهاي موجود دارند، پارامترهاي ارزيابي را بهبود بخشد. در برخي موارد، مقادير پارامترهاي ارزيابي در دو حالت نزديك به هم هستند؛ اما با توجه به اينكه در حالت استفاده از الگوريتم گرگ خاكستري، اين نتايج با تعداد ويژگيهاي كمتري حاصل شده است، ميتوان اين مسئله را بهعنوان يك مزيت برجسته براي بهرهگيري از اين روش در انتخاب ويژگيهاي كليدي در نظر گرفت.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/11/23
عنوان به انگليسي
Wind turbine fault detection and prediction using machine learning
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
علي منصوري
چكيده به لاتين
Wind turbines, as a renewable and clean energy source, contribute to reducing greenhouse gas emissions, preserving natural resources, and decreasing dependency on fossil fuels. This technology, with low operational costs, offers long-term economic savings and energy sustainability, ensuring energy security for future generations. Additionally, wind turbines create job opportunities and foster technological advancements in renewable energy, serving as an effective solution to combat climate change and provide sustainable energy.
Failure prediction in wind turbines is essential to enhance efficiency and reduce maintenance costs. This process, by early detection of potential issues, prevents unexpected downtimes and severe damages, thereby extending the lifespan of equipment. Accurate failure prediction also optimizes maintenance scheduling and maintains stable energy production, ultimately lowering operational costs and increasing trust in renewable energy systems.
Therefore, in this study, the Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm was employed to select key and influential features to improve the accuracy of fault detection in wind turbines using five machine learning methods: Artificial Neural Network, Support Vector Machine, Decision Tree, AdaBoost, and XGBoost. The dataset for this research was obtained from a 3 MW wind turbine supplying power to a large production facility near the southern coast of Ireland. The data, extracted from the turbine's SCADA system, include real-time measurements and operational warnings recorded in 10-minute intervals over an 11-month period from May 2014 to April 2015.
The findings of this study indicate that the Grey Wolf Optimization algorithm successfully identified and selected influential features within the datasets for fault detection, fault diagnosis, and fault prognosis, which are fewer in number than the total features. This approach improved evaluation metrics. In some cases, the evaluation metrics in both scenarios (with and without GWO-based feature selection) were relatively similar. However, given that these results were achieved with fewer features in the GWO-based feature selection scenario, this highlights the advantages of using this method for identifying key features.
كليدواژه هاي فارسي
توربين بادي، يادگيري ماشين، انتخاب ويژگي، الگوريتم گرگ خاكستري، طبقه بندي
كليدواژه هاي لاتين
wind turbine, machine learning, feature selection, Grey Wolf Optimization algorithm, classification
Author
Ali Mansoori
SuperVisor
Dr. Abolfazl Ahmadi