Study and design of classification algorithms for diagnosis and prognosis of failures in wind turbines from SCADA data

Abstract

Actualment les operacions de manteniment preventiu dels parcs eòlics se suporten sobre tècniques de Machine Learning per a reduir els costos de les parades no planificades. Per això es necessita una predicció de fallades amb certa anticipació que funcioni sobre les dades de SCADA. Aquestes dades necessiten ser processades en diferents etapes descrites a aquesta tesi, amb resultats publicats en cadascuna d'elles. En una primera fase es netegen els valors extrems (Outliers), indicant com han de ser tractats per no eliminar la informació sobre les fallades. En una segona, les diferents variables són seleccionades per diversos mètodes de selecció de característiques (Feature Selection). En la mateixa fase, es compara l'ús de variables transformades mitjançant Autoencoders. En una tercera es construeix el model, mitjançant mètodes supervisats i no supervisats, obtenint resultats destacables amb Self Organizing Maps (SOM) i amb tècniques de Deep Learning incloent xarxes ANN i LSTM multicapa.

Actualmente las operaciones de mantenimiento preventivo de los parques eólicos se soportan sobre técnicas de Machine Learning para reducir los costes de las paradas no planificadas. Por eso se necesita una predicción de fallos con cierta anticipación que funcione sobre los datos de SCADA. Estos datos necesitan ser procesados en distintas etapas descritas en esta tesis, con resultados publicados en cada una de ellas. En una primera fase se limpian los valores extremos (Outliers), indicando cómo deben ser tratados para no eliminar la información sobre los fallos. En una segunda, las distintas variables son seleccionadas por diversos métodos de selección de características (Feature Selection). En la misma fase, se compara el uso de variables transformadas mediante Autoencoders. En una tercera se construye el modelo, mediante métodos supervisados y no supervisados, obteniendo resultados destacables con Self Organizing Maps (SOM) y con técnicas de Deep Learning incluyendo redes ANN y LSTM multicapa.

Nowadays, the preventive maintenance operations of wind farms are supported by Machine Learning techniques to reduce the costs of unplanned downtime. That is why an early fault prediction that works with SCADA data is required. These data need to be processed at different stages described in this thesis, with results published in each of them. In a first phase, the extreme values (Outliers) are cleaned, indicating how they should address in order not to eliminate the information about the faults. In a second step, the different variables are selected by different Feature Selection methods. At the same step, the use of variables transformed by Autoencoders is also compared. In a third, the model is constructed using Supervised and Unsupervised methods, obtaining outstanding results with Self Organizing Maps (SOM) and Deep Learning techniques including ANN and LSTM multi-layer networks.