Інформаційно-інтелектуальні системи для оперативного керування електроенергетичними об’єктами

Размещено на http://allbest.ru

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Інформаційно-інтелектуальні системи для оперативного керування електроенергетичними об'єктами

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

інформаційний електроенергетичний програмний перемикання

Актуальність теми. Надійність та ефективність функціонування електроенергетичних систем (ЕЕС) великою мірою залежить від ефективності наявних систем керування, насамперед від системи оперативно-диспетчерського керування (ОК) ЕЕС. Складовою процесу ОК ЕЕС, яка потребує подальшої автоматизації та «нейтралізації» негативного впливу людського чинника (до 40% відмов в ЕЕС викликано помилками персоналу), є підготовка та прийняття рішень. З цією метою в електроенергетиці впроваджують більш досконалі інформаційно-керуючі комплекси і системи, системи підтримки оперативного персоналу у прийнятті рішень. Значний внесок у розвиток методів та засобів побудови таких комплексів і систем зробили: Башликов А.А., Буткевич О.Ф., Вагін В.Н., Воропай Н.І., Гуреєв В.О., Данилюк О.В., Екель П.Я., Заболотний І.П., Кириленко О.В., Костерєв М.В., Любарський Ю.Я., Поспєлов Г.С., Поспєлов Д.А., Самойлов В.Д., Стогній Б.С., Яндульський О.С., Crossley P.A., Hatziargiriou N.D., Hor C.-L., Kezunovic М., McArthur S.D.J., McDonald J.R., Talukdar S.N., Taylor T., Watson S.J., Zielinski J.S. та багато інших вітчизняних і зарубіжних вчених.

Світові тенденції розвитку інформаційних систем, що використовуються в процесі підготовки та прийняття рішень, свідчать про зростання ролі їх інтелектуальної складової. Проте широке впровадження інформаційно-інтелектуальних систем (ІІС) на різних ієрархічних рівнях ОК ЕЕС наразі ще не набуло бажаних масштабів, насамперед внаслідок недосконалості наявних технологій побудови відповідних ІІС. Причини такого стану справ досить очевидні, оскільки побудова ІІС для ОК ЕЕО потребує від їх розробників відповідних знань не лише в галузі інформатики, програмування та обчислювальної техніки, але також і знань, що стосуються технологічних процесів, які відбуваються на різних рівнях ієрархії ЕЕС, знань з ОК такими процесами. Автоматизація розв'язання комплексних задач ОК ЕЕС на різних рівнях їх ієрархії потребує застосування крім «традиційного» математичного апарату також і формалізованих знань. Крім того, різнотиповість електроенергетичних об'єктів (ЕЕО) та обладнання стає додатковою перешкодою на шляху уніфікації та формалізації процедур та засобів побудови систем такого типу. Тому розвиток технологій, розробка методів та засобів побудови ІІС, орієнтованих на розв'язання задач ОК ЕЕС та ЕЕО, є актуальною науково-технічною задачею, результати розв'язання якої істотно впливають на надійність та ефективність ОК ЕЕО та ЕЕС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В роботі представлено результати досліджень, які проводилися у відділі моделювання електроенергетичних об'єктів та систем Інституту електродинаміки НАН України при виконанні наступних науково-дослідних робіт: “Розробити засади побудови інформаційного середовища системи диспетчерського управління енергосистемами і впровадити зразки його компонентів” (№ ДР 0197U014824); “Дослідження динамічних режимів та розробка наукових основ створення систем інформаційно-технічного забезпечення процесів керування електричними системами та мережами” (№ ДР 0102U002993); “Розвинути наукові основи та створити макет системи підтримки у прийнятті рішень з керування технологічними процесами електроенергетичних об'єктів” (№ ДР 01038U000645); договору № 902-01 від 25 травня 2001р., укладеного між Інститутом електродинаміки Національної академії наук України та Державним комітетом України з енергозбереження та договору про НТР “Розробка засобів системи підтримки проектних рішень на базі розрахунку режимів електричних мереж”, укладеним між Інститутом електродинаміки Національної академії наук України і Інститутом “Укрсільенергопроект”.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розвиток теоретичних засад, розробка методів та засобів побудови ІІС для ОК ЕЕО. Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі основні завдання:

- проаналізувати процеси, що відбуваються при функціонуванні ЕЕО в аспекті необхідності автоматизації процесу пошуку рішень з ОК ЕЕО, насамперед тих, що пов'язані з виконанням оперативних перемикань (ОП) в схемах електричних з'єднань (СЕЗ) ЕЕО, та розробити архітектуру ІІС, визначити базовий склад її компонентів і розробити інформаційні структури, необхідні для автоматичного розв'язання задач ОК ЕЕО засобами ІІС;

- розробити структуру бази знань (БЗ), що стосуються математичних моделей елементів схеми ЕЕО та структуру бази даних (БД) архіву режимів; розробити та програмно реалізувати засоби автоматизованого формування та зміни математичної моделі ЕЕО залежно від постановки задачі; розробити засоби введення правил формування графічних зображень елементів ЕЕО, а також засоби вводу і відображення оперативної схеми ЕЕО;

- розробити проблемно-орієнтований метод структурування знань з ОП в СЕЗ ЕЕО; розробити інформаційні структури, що забезпечують автоматизацію процесу підготовки рішень з ОП в СЕЗ ЕЕО; розробити процедури пошуку варіантів ОП в СЕЗ ЕЕО;

- розробити структуру БЗ з ОП в СЕЗ ЕЕО та спосіб інтерпретації цих знань в процесі пошуку рішень з ОК; розробити синтаксис формального подання знань, ефективний в аспекті їх використання при визначенні дій з ОК; розробити засоби вводу і маніпулювання знаннями з ОП в СЕЗ ЕЕО; розробити інтерпретатор знань та процедури пошуку варіантів дій ОК;

- розробити спосіб інтеграції і взаємодії різнорідних компонентів ІІС з використанням мультиагентів; сформувати прототип БЗ з ОК, на якому перевірити працездатність розроблених способів побудови та механізмів функціонування ІІС.

Об'єкт досліджень - процес ОК ЕЕО (електричними підстанціями, розподільчими пристроями електростанцій) та електричними мережами.

Предмет досліджень - підходи до автоматизації процесу розв'язання комплексних задач ОК ЕЕО.

Методи досліджень - теорія електричних кіл, математичне та імітаційне моделювання для досліджень; теорія графів для аналізу оперативної схеми ЕЕО і діаграм станів та переходів; математична логіка та системи продукцій для розробки синтаксису подання знань з ОК ЕЕО; теорія автоматів для реалізації процедур пошуку розв'язків поставлених задач ОК ЕЕО; методологія об'єктно-орієнтованого аналізу та проектування; технології та засоби створення багаторівневих клієнт-серверних систем; технологія мультиагентів для організації взаємодії між програмними компонентами ІІС; OLTP та OLAP технології для проектування і реалізації баз та сховищ даних; SWITCH-технологія для програмної реалізації недовизначених автоматів.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше запропоновано проблемно-орієнтований метод структурування та агрегації знань з використанням компактної множини базових типових об'єднань елементів схеми ЕЕО та систем продукцій, що дозволило уніфікувати формальне подання гібридної моделі ЕЕО для розв'язання засобами ІІС задач, які потребують виконання ОП в СЕЗ ЕЕО.

2. Розроблено новий метод автоматичного пошуку варіантів ОП в СЕЗ топологічно складних ЕЕО за наявності різних експлуатаційних обмежень, який, на відміну від відомих підходів, забезпечив уніфікацію такого пошуку для ЕЕО різних типів.

3. Запропоновано новий синтаксис для формалізації знань з ОК, використання якого, на відміну від відомих підходів, дозволило формалізувати пошук розв'язків задач ОК, які не мають “жорстких” алгоритмів і потребують виконання ОП в СЕЗ топологічно складних ЕЕО.

Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:

1. Розроблений в дисертаційній роботі спосіб агрегації різнорідних програмних компонентів дозволив розв'язувати комплексні задачі ОК ЕЕО, використовуючи функціонально об'єднані різнорідні бази даних, знань і метазнань. Завдяки застосуванню інструментального підходу до формування моделей із залученням різнорідних формалізмів та розроблених механізмів інтеграції і взаємодії різнорідних компонентів ІІС з використанням мультиагентів забезпечило як адаптивність ІІС до змін у структурі ЕЕО, так і відкритість ІІС до використання нових програмних модулів для розв'язання відповідних задач ОК ЕЕО. Створено інформаційно-довідкову підсистему ІІС ЕЕО, придатну також і для її автономного використання при підготовці рішень з окремих задач ОК ЕЕО.

2. Розроблено інформаційні структури БЗ, необхідні для організації контролю допустимості режимів роботи електротехнічного обладнання ЕЕО і ситуаційного керування ним, та процедури уніфікованого визначення оптимальної послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО різних типів, що забезпечило ефективний пошук оптимальної послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО незалежно від їх типу та складності.

3. Удосконалено технології побудови ІІС, запропоновано “узгоджене” застосування інструментальних засобів для побудови компонентів ІІС та уніфікований підхід до структурування знань з ОК ЕЕО різних типів, що дозволило “тиражувати” знання при формуванні БЗ з ОК ЕЕО різних типів, зменшуючи витрати на розробку ІІС та сприяючи їх впровадженню в ЕЕС.

4. Отримані в дисертаційній роботі результати лягли в основу ІІС начальника зміни електроцеху ТЕС, версію якої впроваджено в дослідну експлуатацію на Дарницькій ТЕЦ м. Києва, та системи підтримки в прийнятті проектних рішень, впровадженої в Інституті “Укрсільенергопроект”.

Особистий внесок здобувача. Наукові положення і теоретичні результати, що ввійшли до дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать наступні результати: [1] - метод структурування правил автоматизованої побудови зображення схеми ЕЕО; [2] - програмні засоби структурування знань з ОП; [3] - метод структурування знань з ОП для типової підстанції, діаграма станів та переходів об'єднання комутаційних апаратів, обмеження на ОП; [4] - складові ІІС для оперативного персоналу ТЕЦ; [5] - складові системи підтримки оперативного персоналу ЕЕО в прийнятті рішень; [6] - вимоги до інтерфейсних графічних оболонок та інструментарій для їх побудови; [7] - математичні моделі елементів схеми, принципи формування і використання “дорозрахункових функцій” та “вузлових моделей”; [8] - принципи формування динамічного сервера, склад та структура програмного комплексу, сформованого за вказаними принципами; [9] - структура підсистеми візуалізації оперативної схеми; [10] - підсистема контролю допустимості поточного стану ЕЕО та процедури визначення послідовності ОП; [11] - структурування інформації про схему ЕЕО та її елементів, зв'язки між групами інформаційних структур; [12] - процедури формування та обробки розріджених матриць Якобі великої розмірності; [13] - технологія та процедури контролю цілісності інформаційного наповнення різнорідних моделей ЕЕО; [14] - процедури автоматизованої побудови зображення схеми ЕЕО; [16] - метод кешування графічних ресурсів, метод структурування інформації про схему ЕЕО, архітектура і принципи функціонування підсистеми візуалізації схеми ЕЕО; [17] - діаграма станів та переходів для вимикача, формування типових об'єднань вищих ступенів агрегації; [18] - математична модель режимів ЕЕО; [19] - база знань з ОП.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на Міжнародних конференціях: «Силова електроніка та енергоефективність» СЕЕ-2000 та СЕЕ-2004, «Проблеми сучасної електротехніки» ПСЕ-2002 та ПСЕ-2004, «Artificial Intelligence in Control and Management» AICM-2004.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 наукових праць, з них 16 - у фахових наукових виданнях України (8 статей у періодичних журналах і 8 - в збірниках).

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з переліку умовних скорочень, вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, додатків, списку використаних джерел. Повний обсяг роботи становить 328 сторінок, у тому числі 165 сторінок основного тексту, 54 рисунки, 44 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, відображено основні результати виконаних досліджень, наведено основні положення, що відображають наукову новизну та практичну значимість одержаних результатів.

У першому розділі викладено результати аналізу процесів, що відбуваються при функціонуванні ЕЕО в аспекті необхідності автоматизації процесу підготовки рішень з ОК ЕЕО та досліджено задачі ОК ЕЕО. Неодмінною складовою більшості задач ОК ЕЕО є визначення послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО. Для розв'язання цієї задачі за різних умов оперативний персонал використовує інструкції з ОП та відповідні типові бланки ОП, інструкції з ліквідації аварійних ситуацій тощо. Іноді використовують спеціалізовані програмні засоби для визначення послідовності дій у разі потреби виконання ОП в СЕЗ ЕЕО. Проте, незважаючи на відносну простоту правил ОП, внаслідок різнотиповості ЕЕО та різних обмежень схемно-режимного характеру задача визначення оптимальної (за конкретних експлуатаційних умов) послідовності дій оперативного персоналу з виконання ОП в СЕЗ топологічно складних ЕЕО не є тривіальною. Рішення про виконання ОП приймаються з урахуванням ряду чинників, таких як мета ОК, поточні стани елементів “первинних” і “вторинних” кіл ЕЕО.

Дослідження програмних засобів, призначених для автоматизованої підготовки рішень з ОК, показало доцільність використання теорії автоматів при побудові засобів визначення послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО. Проте впровадження таких засобів ускладнено як необхідністю формалізації знань з ОП для ЕЕО різних типів так і необхідністю спільного використання різнорідних формалізмів для розв'язання комплексних задач ОК ЕЕО.

Другий розділ присвячено розробці архітектури ІІС та визначенню базового складу її компонентів - інформаційно-довідкової підсистеми, підсистеми інтерфейсу і візуалізації, підсистеми моніторингу, підсистеми аналізу і ситуаційного керування, структурованої бази даних та знань, а також інструментальних засобів адаптації та настроювання ІІС до ЕЕО.

Розроблено інформаційні структури, що використовуються при підготовці рішень з ОК ЕЕО, та визначено на об'єктному рівні складові ІІС, базовими компонентами якої є Модель ОП, Модель режиму ЕЕО та Подання оперативної схеми. Особливістю цих моделей (рис.1) є використання метаданих та метазнань у вигляді інформаційних структур, що містять правила розв'язання окремих задач ОК.

Рис. 1. Складові моделі ОК ЕЕО (інформаційний аспект)

Інтегровану модель керування ЕЕО сформовано на базі Моделі ОП та Моделі режимів ЕЕО. Для моделювання процесів перемикань та режимів, що виникають в результаті цих перемикань, використовується подання оперативної схеми, на базі якого виконується аналіз зв'язності елементів схеми ЕЕО та формуються заступні схеми як для моделювання режимів ЕЕО, так і для моделювання ОП в СЕЗ ЕЕО. Дані параметрів заступних схем надаються “Довідковою підсистемою”. Оперативна інформація подається через програмний інтерфейс від давачів оперативних даних або через інтерфейс користувача ІІС.

Досліджено і визначено формалізми, використання яких є доцільним для подання знань предметної області ОК ЕЕО. Для опису правил визначення допустимості режиму ЕЕО та правил ОП в СЕЗ ЕЕО обрано продукції, синтаксис яких запропоновано доповнити елементами логіки предикатів, а саме кванторами існування та загальності і пропозиційними зв'язками. Введені доповнення дозволили враховувати різнотиповість ЕЕО та визначати групові дії над множинами елементів схеми ЕЕО.

Розроблено та реалізовано підсистему візуалізації оперативної схеми, в якій відображаються поточні технологічні стани обладнання: “в роботі”, “в резерві”, “в ремонті”, тощо.

На етапі підготовки ІІС до роботи формується Подання оперативної схеми, де кожному елементу схеми приводяться у відповідність правила відображення та топологічні властивості для кожного технологічного стану. Підсистема візуалізації схеми ЕЕО формує для оперативного персоналу графічне зображення поточної схеми, а для інших підсистем ІІС - поточний топологічний граф.

Розроблено БД архіву режимів ЕЕО і БЗ з описом математичних моделей типових елементів схеми ЕЕО та правилами ініціалізації і зміни математичної моделі режиму. Реалізовано засоби введення знань до БЗ та засоби підготовки до аналізу та варіантних розрахунків режимів ЕЕО.

Кожна підсистема ІІС формує окремий інформаційний шар (ІШ), який утворюється власною БД, де зберігається накопичена інформація, функціональною частиною та доступній іншим компонентам ІІС області пам'яті. Контроль коректності інформаційного наповнення здійснюється на рівні БД і БЗ за допомогою процедур, сформованих відповідними інструментальними засобами СУБД. На рівні прикладних програм здійснюються контроль послідовності розв'язання технологічних підзадач і перевірка цілісності оперативної інформації. Програмні засоби ІШ делегують доступ до частини своєї області даних з боку інших ІШ. Використання технології File Mapping без прив'язки до файлової системи на зовнішніх носіях дозволило уникнути необхідності копіювання інформації між ІШ при розв'язанні комплексних задач ОК ЕЕО та значно спростити процедури контролю коректності та непротирічності даних з різних ІШ.

ІІС має такі основні структурні одиниці (рис. 2), як програмні модулі ІІС для підготовки рішень з ОК; інтерфейс користувача для адаптації ІІС до ЕЕО, введення інформації та умов задачі; БД та БЗ; “делегована пам'ять” для спільного доступу до інформаційних структур в оперативній пам'яті. Передбачено також засоби зв'язку з джерелами оперативної інформації (наприклад, SCADA) для автоматичного отримання даних про стан ЕЕО.

Рис. 2. Інформаційні та функціональні складові ІІС

Кожен модуль ІІС є COM-сервером, що відповідає за формування окремої частини моделі ОК і зв'язаний з іншими модулями клієнт-серверними зв'язками. При розробці функцій взаємодії між програмними модулями ІІС використано правила взаємодії програмних мультиагентів. Поєднання клієнт-серверних технологій та технології мультиагентів дозволило уніфікувати інтерфейси зв'язку між складовими ІІС та забезпечити відкритість системи до підключення нових програмних модулів для побудови нових інформаційних шарів, необхідних для рішення інших задач ОК.

Третій розділ присвячено розробці методу структурування знань з ОП в СЕЗ ЕЕО. Враховуючи типізацію схемних рішень, що використовуються при створенні різних ЕЕО, дії з ОК подаються у вигляді послідовності узгоджених рішень з ОП в окремих фрагментах СЕЗ ЕЕО (рис. 3). Такі фрагменти представлено об'єднаннями типових структур елементів ЕЕО (типовими об'єднаннями - ТО). Причому всю множину ТО для різних ЕЕО може бути отримано з обмеженої, менш потужної множини ТО базового рівня. У цьому разі ЕЕО також визначається як ТО, що містить (агрегує) ТО різних рівнів ієрархії (агрегації), тобто рекурсивно. Отже, структура знань з ОК ЕЕО відповідає ієрархічній структурі ЕЕО (рис. 4). Додатково до зображених на рис. 4 ТО формуються об'єднання вторинних кіл (об'єднання РЗА). Зазначені передумови дозволили використовувати в якості теоретичної основи для визначення послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО алгебраїчну структурну теорію кінцевих автоматів. У цьому разі обмеження, що впливають на виконання ОП в СЕЗ

Рис. 3. Типові об'єднання елементів схеми ЕЕО

Рис. 4. Ієрархія ТО для фрагменту електричної підстанції

ЕЕО, подаються у вигляді локальних (що стосуються окремих ТО) і об'єктних (що виходять за "рамки" одного ТО) обмежень. Всі умови допустимості виконання ОП в СЕЗ ЕЕО подаються у вигляді структурованих формалізованих знань. Для ТО базового рівня (див. рис. 4), наприклад, ЛЕП, формуються знання безпосередньо з ОК режимами технологічного устаткування. При цьому здійснюється опис множини всіх можливих станів - як робочих, так і аварійних (рис. 5). Сукупність всіх можливих станів ТО базового рівня охоплює всі можливі стани ЕЕО в цілому і формує простір пошуку рішень з ОК ЕЕО. Напрямки пошуку цих розв'язків визначаються правилами, задекларованими в інформаційних структурах ТО вищих рівнів ієрархії. Ці правила визначають допустимість виконання ОП в залежності від поточних станів ТО та їх складових, а також задають додаткові умови (підзадачі), при реалізації яких дозволяється виконання ОП в СЕЗ ЕЕО.

Розроблено синтаксис опису правил ОК ЕЕО. Пов'язані з ТО правила відображають взаємодію як елементів даного ТО, так і взаємодію ТО, що мають ієрархічну підпорядкованість або топологічний зв'язок. Для розв'язання задач ОК ЕЕО використано правила трьох типів: правила ідентифікації стану ТО, правила зміни стану ТО та правила визначення реакції ІІС на зміну стану ТО.

Правила ідентифікації технологічного стану ТО мають вигляд:

Правила типу (1) дозволяють визначати стан ТО в залежності від низки обставин. Наприклад, для ЛЕП визначається стан “В роботі” тоді, коли ввімкнено її “власні” комутаційні апарати та відсутні переобтяження і заборона подальшої експлуатації лінії (рис. 6). Якщо ТО подається як еквівалентний N-полюсник, то для кожного стану ТО виконується аналіз наявності “внутрішніх” топологічних зв'язків між полюсами N-полюсника, еквівалентного групі елементів, що входять до складу цього ТО. Формальний опис таких зв'язків має вигляд:

Правилами зміни стану ТО визначаються дії над елементами ТО, потрібні для переведення ТО до нового технологічного стану:

Наприклад, для ТО, в якому поєднуються двообмотковий трансформатор та його вимикачі, у разі переходу зі стану “в роботі” до стану “в резерві” спочатку вимикається вимикач на боці НН трансформатора, а потім вимикається вимикач на боці ВН трансформатора. Оскільки вимикачі подаються відповідним базовим ТО, в якому вже відтворено відповідну діаграму станів та переходів, то на рівні згадуваного вище ТО використано посилання на зазначений стан вимикача:

Рис. 5. Діаграма станів та переходів ЛЕП

При обробці правил типу (4) рекурсивно розв'язуються дві додаткові задачі переведення вимикачів у вимкнені стани.

Використання діаграм станів та переходів базових ТО дозволило реалізувати ТО вищих рівнів ієрархії у вигляді недовизначених автоматів, в яких декларуються лише правила виконання типових ОП в СЕЗ ЕЕО. Для визначення дій з ОК ЕЕО у позаштатних (аварійних та післяаварійних) режимах використано правила-обмеження. Обмеження, що забороняють ОП в СЕЗ ЕЕО, мають вигляд:

Рис. 6. Правило, що описує стан ЛЕП “В роботі”

У випадку “спрацьовування” обмеження (5) варіант дій з ОП в СЕЗ ЕЕО вважається недопустимим і відхиляється.

Обмеження, в яких визначається подальший напрямок пошуку дій з ОК ЕЕО, записуються у вигляді:

У випадку “спрацьовування” умови (6), рекурсивно визначаються додаткові задачі досягнення станів (виконання переходів), визначених правою частиною (6). Якщо додаткові задачі розв'язуються успішно, то обмеження дезактивується. У протилежному випадку реалізація поточної (на даному рівні рекурсії) задачі вважається неможливою і варіант ОП в СЕЗ ЕЕО вилучається із розгляду в цілому.

Опис реакцій ТО має вигляд:

Реакції ТО визначають додаткові дії (підзадачі) при виникненні задекларованої події за визначених в умові активації обставин. Використання реакцій ТО надає засобам ІІС таку властивість, як інтерактивність. В результаті ІІС автоматично реагуватиме на події в ЕЕО, попереджаючи оперативний персонал про недопустимі зміни в режимі роботи та пропонуючи заходи з відновлення нормальної роботи ЕЕО.

Розроблено метод уніфікованого автоматичного пошуку послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО. Задача подається множиною бажаних станів і бажаних ОП в СЕЗ ЕЕО (рис. 7). Для переходу до бажаного стану визначаються необхідні перемикання, які розглядаються рекурсивно як додаткові підзадачі. В процесі аналізу переходу до нового стану попередньо виконується пошук обмежень на перехід. Знайдені обмеження у формі умов виконання переходу розглядаються рекурсивно як

Рис. 7. Блок-схема процесу аналізу задачі ОП в СЕЗ ЕЕО

додаткові підзадачі. У випадку успішної реалізації переходу виконується оцінка нового стану ЕЕО, після чого здійснюється пошук реакцій на виконаний перехід чи на новий стан. Знайдені реакції також обробляються рекурсивно як додаткові підзадачі.

Використання рекурсії дозволило реалізувати уніфікований підхід до аналізу структурованих знань з ОК ЕЕО різних типів та ефективно розв'язати проблему невизначеності зворотних зв'язків в системі автоматів.

В четвертому розділі наведено спосіб структурування знань з ОП для ЕЕО різних типів на прикладі фрагменту Львівських електричних мереж 35-220 кВ. Виділено 19 типових РП, що експлуатуються на 157 підстанціях. Розроблено підходи до об'єднання правил ОП для РП різних типів. В результаті сформовано 9 ТО, в яких об'єднано правила ОП для РП різних типів. Використання сформованих ТО для РП та трансформаторів виявилося достатнім для опису знань з ОП для 150 підстанцій, що становить 95.5% від загальної кількості розглянутих підстанцій. Для 7 з розглянутих підстанцій (4.5% від загальної кількості розглянутих підстанцій) знадобилися додаткові правила, що враховують специфіку цих підстанцій.

Досліджено можливості використання засобів ІІС для моделювання аварійних станів ЕЕО. Розроблено математичні моделі елементів схеми ЕЕО, що використовуються для розрахунків режимів несиметричних КЗ в ЕЕО. Розроблено модель фіктивного елементу (універсального емулятора КЗ), в якому визначаються граничні умови в залежності від типу аварійної ситуації.

Досліджено особливості врахування вторинних кіл (насамперед, засобів РЗА) при визначенні послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО. На прикладі підготовки рішення з ОП в РП 110 кВ Дарницької ТЕЦ наведено принципи структурування знань про ОП в колах РЗА.

Можливість використання розроблених засобів ІІС для розв'язання комплексних задач ОК ЕЕО проілюстровано на прикладі пошуку варіантів відновлення електроживлення підстанції “М-3” (Львівські електричні мережі), знеструмленої в результаті вимкнення засобами РЗА лінії “М110 - М3” (рис. 8).

Рис. 8. Післяаварійний стан фрагменту Львівських електричних мереж

“Означене” для підстанції “М-3” “правило-реакція”, що активується при зникненні електроживлення в РП 35 кВ (подвійна несекціонована система шин), має вигляд:

В результаті обробки (8) сформовано задачу відновлення живлення підстанції “М3”, подану у вигляді:

Засобами ІІС розглянуто два варіанти рішення задачі (9): введення в роботу ЛЕП “М3 - М4” та введення в роботу ЛЕП “М3 - М9”. Аналіз режимів, що виникатимуть після реалізації розглянутих варіантів виявив, що введення в роботу ЛЕП “М3 - М4” призводитиме до переобтяження ЛЕП “М110 - М4”. Цей варіант відхилено засобами ІІС як недопустимий, і в якості результату розв'язання задачі відновлення живлення підстанції “М-3” представлено послідовність операцій по введенню в роботу ЛЕП “М3 - М9”. Опис процесу пошуку шляхів відновлення живлення підстанції “М-3” має вигляд:

Значення режимних параметрів у контрольованих перетинах при розв'язанні задачі відновлення живлення підстанції “М-3” зведено до табл. 1.

Таблиця 1. Значення перетоків потужності у контрольованих перетинах ЛЕП

Додатки містять матеріали, що підтверджують впровадження результатів дисертаційної роботи а також інструкції користувача розроблених програмних засобів.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі виконано актуальне наукове завдання розвитку теоретичних засад, розробки методів та засобів побудови ІІС, орієнтованих на підготовку рішень з ОК ЕЕО, реалізація яких здійснюється шляхом виконання ОП в СЕЗ ЕЕО. При цьому отримано наступні наукові та практичні результати.

1. В результаті аналізу процесів, що відбуваються при функціонуванні ЕЕО, та підходів до розробки засобів автоматизованої підготовки рішень з ОК ЕЕО доведено потребу розвитку способів агрегації різнорідних програмних компонентів з метою функціонального об'єднання різнорідних баз даних, знань і метазнань для розв'язання комплексних задач ОК ЕЕО. Визначено необхідність застосування елементів штучного інтелекту для визначення послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО.

2. Особливості розробленої архітектури ІІС та визначеного базового складу її компонентів дозволили сформувати інформаційні структури, необхідні для автоматичного визначення засобами ІІС дій з ОК ЕЕО.

3. Особливості розроблених структури БЗ, що стосуються математичних моделей елементів схеми ЕЕО, та структури БД архіву режимів сприяли розробці програмних засобів автоматизації процесів формування та зміни математичної моделі ЕЕО залежно від постановки задачі. Розроблені засоби введення правил формування графічних зображень елементів ЕЕО, а також засоби вводу і відображення оперативної схеми ЕЕО дозволили автоматизувати процеси формування та зміни графічного образу оперативної схеми ЕЕО.

4. Вперше запропоновано проблемно-орієнтований метод структурування та агрегації знань з використанням компактної множини базових ТО елементів схеми ЕЕО та систем продукцій, що дозволило уніфікувати формальне подання гібридної моделі ЕЕО для розв'язання засобами ІІС задач, які потребують виконання ОП в СЕЗ ЕЕО.

5. Розроблено новий метод автоматичного пошуку варіантів ОП в СЕЗ топологічно складних ЕЕО за наявності різних експлуатаційних обмежень, який, на відміну від відомих підходів, забезпечив уніфікацію такого пошуку для ЕЕО різних типів.

6. Розроблено структуру БЗ з ОП в СЕЗ ЕЕО, процедури вводу цих знань до БЗ та їх інтерпретації в процесі визначення дій з ОК ЕЕО. Запропоновано новий синтаксис для формалізації знань з ОК ЕЕО, використання якого, на відміну від відомих підходів, дозволило формалізувати пошук розв'язків задач ОК, що не мають “жорстких” алгоритмів розв'язання і потребують виконання ОП в СЕЗ топологічно складних ЕЕО. Це дозволило реалізувати підсистему уніфікованого визначення дій з ОК ЕЕО незалежно від їх типу та складності.

7. Розроблено методику агрегації різнорідних програмних компонентів, що дозволило функціонально об'єднати різнорідні бази даних, знань і метазнань для розв'язання комплексних задач ОК ЕЕО. Застосування інструментального підходу до формування моделей із залученням різнорідних формалізмів та розроблених механізмів інтеграції і взаємодії різнорідних компонентів ІІС з використанням мультиагентів забезпечило як адаптивність ІІС до змін у структурі ЕЕО, так і відкритість ІІС до підключення нових програмних модулів для розв'язання відповідних задач ОК ЕЕО. Це дозволило створити інформаційно-довідкову підсистему ІІС ЕЕО, придатну також і для автономного використання при підготовці рішень з окремих підзадач ОК ЕЕО.

8. Сформовано прототип БЗ з ОК ЕЕО, на якому перевірено працездатність розроблених способів та механізмів побудови ІІС. Проаналізовано 157 підстанцій фрагменту Львівських електричних мереж 35-220 кВ. Для 363 РП на цих підстанціях виділено 19 типів РП. Особливості розроблених методів структурування та опису знань з ОП в СЕЗ ЕЕО дозволили сформувати 9 комплексних ТО з об'єднаними правилами ОП і окремо правила ОП для секцій 2- і 3-обмоткових трансформаторів в РП різних типів. Використання цих знань дозволяє визначати послідовність ОП для 150 підстанцій, що становить 95.5% від загальної кількості розглянутих підстанцій. Для решти 7 підстанцій необхідні додаткові правила, що враховують специфіку цих підстанцій.

9. Отримані в дисертаційній роботі результати лягли в основу ІІС начальника зміни електроцеху ТЕС, версію якої впроваджено в дослідну експлуатацію на Дарницькій ТЕЦ м. Києва, та системи підтримки в прийнятті проектних рішень, впровадженої в Інституті “Укрсільенергопроект”.

Подальше використання отриманих в дисертаційній роботі результатів передбачено шляхом їх впровадження на ЕЕО електроенергетичних систем України.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Блинов И.В. Автоматизация построения электрических схем электроэнергетических объектов / И.В. Блинов, А.М. Зозуля, Е.В. Парус // Праці ІЕД НАНУ. -2007. - №1(16). - Ч.1. - С. 43 - 46.

2. Буткевич А.Ф. Практический аспект решения некоторых актуальных задач оперативного управления режимами электрических сетей Украины. / А.Ф. Буткевич, М.С. Сегеда, В.И. Ковач, Е.В. Парус // Техн. електродинаміка. - 2004. - Ч.1. - С. 28-32. (Тем. вип.: Проблеми сучасної електротехніки).

3. Буткевич А.Ф. Алгоритмизация оперативных переключений средствами системы поддержки оперативного персонала электроэнергетических объектов в принятии решений. / А.Ф. Буткевич, А.В. Кириленко, Е.В. Парус // Техн. електродинаміка. - 2004. - Ч.1. - С. 101-106. (Тем. вип.: Силова електроніка та енергоефективність).

4. Буткевич А.Ф. Некоторые практические вопросы интеллектуализации компонентов АСУ ТП тепловых электростанций / А.Ф. Буткевич, Л.Н. Лукьяненко, Е.В. Парус // Праці ІЕД НАНУ. - 2005. - №2(11). - Ч.1. - С. 55-58.

5. Буткевич А.Ф. Некоторые практические вопросы интеллектуализации компонентов АСУ ТП электроэнергетических объектов / А.Ф. Буткевич, Л.Н. Лукьяненко, Е.В. Парус // Электротехнический рынок. - 2008. - №3(21). - С.48. - 49.

6. Зозуля А.М. Требования к программным графическим интерфейсам для диспетчерского управления и средства их реализации / А.М. Зозуля, Е.В. Парус // Автоматизация и релейная защита в энергосистемах'98. - Киев: ИЭД НАНУ. - 1998. - С. 82-88.

7. Кириленко А.В. Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях с использованием ist-средств / А.В.Кириленко, Е.В.Парус. // Праці ІЕД НАНУ. - 2001. - С. 81-86.

8. Кириленко О.В. Интеграция разнородных данных при создании в электроэнергетике сложных информационных комплексов / О.В. Кириленко, О.Ф. Буткевич, Е.В. Парус // Техн. електродинаміка. - 2000. - Ч.2. - C. 117-122. (Тем. вип.: Силова електроніка та енергоефективність).

9. Кириленко О.В. Использование инструментальных средств SCADA - систем для построения АСУ ТП электроэнергетических объектов / О.В. Кириленко, Е.В. Парус, В.В. Рункович, И.В. Блинов // Праці ІЕД НАНУ. - 2006. - №3(15). - С. 3 - 10.

10. Кириленко О.В. Системи підтримки прийняття рішень оперативним персоналом електроенергетичних об'єктів / О.В. Кириленко, О.Ф. Буткевич, Л.М. Лук'яненко, Е.В. Парус // Техн. електродинаміка - 2008. - №3 - С.59-65.

11. Левитский В.Г. Представление и взаимосвязь данных в интеллектуальных средствах моделирования режимов работы электротехнических объектов / В.Г.Левитский, Е.В.Парус, N.Strzelecka // Техн. електродинаміка. - 2002. - Ч.4. - C. 83-88. (Тем. вип.: Проблеми сучасної електротехніки).

12. Левитский В.Г. Реализация процедур расчета электрических сетей большой размерности / В.Г. Левитский, Е.В. Парус // Праці ІЕД НАНУ. Енергоефективність: зб. наук. пр. - К.: ІЕД НАНУ. - 2000. - С. 112-117.

13. Лукьяненко Л.Н. Адаптация систем информационной поддержки к реальному электроэнергетическому объекту / Л.Н. Лукьяненко, Е.В. Парус, И.В. Блинов // Праці ІЕД НАНУ. - 2006. - №2(14). - С. 28-32.

14. Парус Е.В. Автоматическое построение графических отображений схем электроэнергетических объектов / Е.В. Парус, И.В. Блинов // Праці ІЕД НАНУ. - 2007. - Вип.18. - С. 52 - 56.

15. Парус Е.В. Некоторые аспекты создания графических интерфейсов средств информационной поддержки систем диспетчерского управления энергообъектами / Е.В. Парус //Автоматизация и релейная защита в энергосистемах'98. - Киев: ИЭД НАНУ. - 1998. - С. 101-106.

16. Рыбина О.Б. Повышение производительности систем отображения схем электроэнергетических объектов / О.Б. Рыбина, Е.В. Парус // Праці ІЕД НАНУ. -2002. - Вип. 1(1). - С. 100-105.

17. Butkevych O.F. Hybrid system for electrical power network dispatcher assistance. / O.F. Butkevych, O.V. Kyrylenko, E.V. Parus //Artificial Intelligence in Control and Management (AICM'04). - Poland, Lodz, September 14, 2004. - Poland, Lodz: TERCJA. -P. 23-36.

18. Butkevych O.F. Power electrical system fault diagnosis based on expert system, simulator and artificial neural nets / O.F. Butkevych, O.V. Kyrylenko, V.V. Pavlovskiy, E.V. Parus, T.L. Katsadze // Наук. праці ДонНТУ. - 2000. - Вип.21. - С. 52-56. (Серія: Електротехніка і енергетика).

19. Butkevych O.F. Two basic functions of hybrid system for electrical network dispatcher assistance / O.F. Butkevych, O.V. Kyrylenko, E.V. Parus // Наук. праці ДонНТУ. - 2004. - Вип.79. - С.27-32. (Серія: Електротехніка і енергетика).

Размещено на Allbest.ru