65366

Інформаційно-інтелектуальні системи для оперативного керування електроенергетичними об’єктами

Автореферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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...

Украинкский

2014-07-29

697.5 KB

0 чел.

PAGE 21

НАЦІОНАЛЬНА  АКАДЕМІЯ  НАУК  УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ  ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

ПАРУС   ЄВГЕН   ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 621.311 : 004.891.2

ІНФОРМАЦІЙНО-ІНТЕЛЕКТУАЛЬНІ СИСТЕМИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИМИ об’єктАМИ

Спеціальність – 05.14.02 “ Електричні станції, мережі і системи ”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ – 2010


Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у відділі моделювання електроенергетичних об’єктів та систем Інституту електродинаміки НАН України, м. Київ.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Буткевич Олександр Федотович, головний науковий співробітник відділу моделювання електроенергетичних об’єктів та систем Інституту електродинаміки НАН України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Костерєв Микола Володимирович, професор кафедри

електричних станцій факультету електроенерготехніки і

автоматики Національного технічного університету

України «КПІ»

 кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Тугай Юрій Іванович, завідувач відділу оптимізації систем електропостачання Інституту електродинаміки НАН України.

Захист дисертації відбудеться « 30 » листопада  2010 р. о  14   годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.03 в Інституті електродинаміки НАН України за адресою: 03680, Київ – 57, проспект Перемоги, 56, тел.. 456-91-15.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України за вищевказаною адресою.

Автореферат розіслано « 29 »  жовтня   2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради        О.В. Бібік


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

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:

СТАН ТО [найменування стану] ЯКЩО ІСНУЄ [множина станів елементів даного ТО або інших ТО]

(1)

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:

ІСНУЄ ВНУТРІШНІЙ ЗВ'ЯЗОК МІЖ ПОЛЮСАМИ [полюси] ЯКЩО СТАН ТО [найменування стану]

(2)

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

ПЕРЕХІД ІЗ СТАНУ [найменування початкового стану] ДО СТАНУ [найменування кінцевого стану]

           ДІЇ [ множина переходів або нових станів для елементів даного ТО або інших ТО]

(3)

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:

ПЕРЕХІД ІЗ СТАНУ [“В роботі”] ДО СТАНУ [“В резерві”] ДІЇ [(ЕЛЕМЕНТ(“Комутаційні апарати НН”) ((ТО (“Приєднання до одинарної шини”) ТО(“Вимикач”) СТАН(“Вимкнений”)) (ТО(“Приєднання до двох шин”) ТО (“Вимикач”) СТАН(“Вимкнений”)) (ТО(“Приєднання до трьох шин”) ТО(“Вимикач”) СТАН(“Вимкнений”)))) (ЕЛЕМЕНТ(“Комутаційні апарати ВН”) ((ТО(“Приєднання до одинарної шини”)   ТО(“Вимикач”) СТАН (“Вимкнений”)) (ТО(“Приєднання до двох шин”) ТО(“Вимикач”) СТАН(“Вимкнений”)) (ТО(“Приєднання до трьох шин”) ТО(“Вимикач”) СТАН(“Вимкнений”))))]

(4)

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:

ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ [найменування переходу] → ЯКЩО ІСНУЄ [множина станів або вже виконаних переходів]

(5)

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:

ДОЗВОЛЯЄТЬСЯ [найменування переходу] → ЯКЩО ІСНУЄ [множина станів або вже виконаних переходів]

(6)

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:

 РЕАКЦІЯ НА ПОДІЮ [найменування переходу або нового стану]

УМОВИ АКТИВАЦІЇ [множина станів або вже виконаних переходів] ДІЇ [ множина нових станів або переходів ]

(7)

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:

ТО(Підстанція М3)  ТО(РП 35кВ)  РЕАКЦІЯ НА ПОДІЮ [ ∄ ТО(Джерело)  СТАН (В роботі)]

УМОВИ АКТИВАЦІЇ [ ТО(Навантаження)  СТАН (В роботі)] ДІЇ [ (ТО(Джерело)    СТАН (В роботі)

(ОЦІНКА РЕЖИМУ  (“Експлуатацію заборонено”)))  НОВИЙ СТАН (В роботі) ]

(8)

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

ТО(Підстанція М3)  ТО(РП 35кВ)  ТО(Джерело)  ЕЛЕМЕНТ(Джерело)  ТО(ЛініяЛЕП)  

ТО(ЛЕП М3-М9)  НОВИЙ СТАН (В роботі)  ТО(Підстанція М3)  ТО(РП 35кВ)  ТО(Джерело) 

ЕЛЕМЕНТ(Джерело)  ТО(ЛініяЛЕП)  ТО(ЛЕП М3-М4)  НОВИЙ СТАН (В роботі)

(9)

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:

НОВИЙ СТАН (“Підстанція М3РП 35кВЛЕП М3 – М4 СТАН (“В роботі”))  ПЕРЕХІД МІЖ СТАНАМИ [(“Мережа 35 кВ ЛЕП М3 – М4”) “Під напругою”] – [(“Мережа 35 кВЛЕП М3 – М4”) “В роботі”]  НОВИЙ СТАН [ЛЕП М3 – М4 ( ТО “ЛЕП з уземлювачами”)  ТО (“ЛЕП з комутаційними апаратами”) (“Комутаційні апарати на підстанції М4”)  ТО (“Приєднання до одинарної шини”)  СТАН (“В роботі”)]  ПЕРЕХІД МІЖ СТАНАМИ [(“Підстанція М4РП 35кВКомутаційні апарати ЛЕП М3 – М4” )  СТАН (“В резерві”)] – [(“Підстанція М4РП 35кВ Комутаційні апарати ЛЕП М3 – М4”)  СТАН (“В роботі”)]  НОВИЙ СТАН [(“Підстанція М4РП 35кВ Комутаційні апарати ЛЕП М3 – М4Вимикач ЛЕП М3 – М4” ) СТАН (“Ввімкнений”)]  ПЕРЕХІД МІЖ СТАНАМИ [(“Підстанція М4РП 35кВКомутаційні апарати ЛЕП М3 – М4Вимикач ЛЕП М3 – М4”) СТАН (“Вимкнений”)] – [(“Підстанція М4РП 35кВКомутаційні апарати ЛЕП М3 – М4Вимикач ЛЕП М3 – М4”) СТАН (“Ввімкнений”)]  ОЦІНКА РЕЖИМУ [ знеживлені споживачі відсутні, переобтяження ЛЕП М110 – М4 ]  [ варіант розв’язання задачі неприйнятний ]

 

НОВИЙ СТАН (“Підстанція М3РП 35кВЛЕП М3 – М9 СТАН (“В роботі”))  ПЕРЕХІД МІЖ СТАНАМИ [(“Мережа 35 кВЛЕП М3 – М9”) “Під напругою”] – [(“Мережа 35 кВЛЕП М3 – М9”) “В роботі”]  НОВИЙ СТАН [ЛЕП М3 – М9 ( ТО “ЛЕП з уземлювачами”)  ТО (“ЛЕП з комутаційними апаратами”) (“Комутаційні апарати на підстанції М9”)  ТО (“Приєднання до одинарної шини”)  СТАН (“В роботі”)]  ПЕРЕХІД МІЖ СТАНАМИ [(“Підстанція М9 РП 35кВКомутаційні апарати ЛЕП М3 – М9” )  СТАН (“В резерві”)] – [(“Підстанція М9РП 35кВ Комутаційні апарати ЛЕП М3 – М9”)  СТАН (“В роботі”)]  НОВИЙ СТАН [(“Підстанція М9РП 35кВ Комутаційні апарати ЛЕП М3 – М9Вимикач ЛЕП М3 – М9” ) СТАН (“Ввімкнений”)]  ПЕРЕХІД МІЖ СТАНАМИ [(“Підстанція М9 РП 35кВКомутаційні апарати ЛЕП М3 – М9Вимикач ЛЕП М3 – М9”) СТАН (“Вимкнений”)] – [(“Підстанція М9РП 35кВ Комутаційні апарати ЛЕП М3 – М9Вимикач ЛЕП М3 – М9”) СТАН (“Ввімкнений”)]  ОЦІНКА РЕЖИМУ [знеживлені споживачі відсутні, порушення в режимі відсутні]  [варіант розв’язання задачі прийнятний ]

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

ЛЕП

Початковий (післяаварійний) режим

Режим після введення в роботу ЛЕП М3-М4

Режим після введення в роботу ЛЕП М3-М9

P(МВт)

Q(МВар)

P(МВт)

Q(МВар)

P(МВт)

Q(МВар)

ЦЗФ-М5 

6.48

4.15

6.48

4.15

12.57

7.70

М5-М9 

3.12

2.15

3.12

2.15

9.13

5.53

М39” 

5.98

3.31

М3-М4 

5.98

3.31

М110-М4 

7.85

4.55

13.89

7.99

7.85

4.55

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).

АНОТАЦІЇ

Парус Євген Володимирович. Інформаційно-інтелектуальні системи для оперативного керування електроенергетичними об’єктами. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 -  електричні станції, мережі і системи. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2010.

У дисертаційній роботі розвинуто теоретичні засади, розроблено методи та засоби побудови інформаційно-інтелектуальних систем (ІІС), орієнтованих на розв’язання задач оперативного керування (ОК) електроенергетичними об’єктами (ЕЕО). 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 задач, які потребують виконання оперативних перемикань (ОП) в схемах електричних з’єднань (СЕЗ) ЕЕО. Розроблено метод автоматичного пошуку варіантів ОП в СЕЗ топологічно складних ЕЕО за умов наявності різних експлуатаційних обмежень, який, на відміну від відомих підходів, забезпечив оперативність розв’язання зазначеної задачі засобами ІІС для ЕЕО різних типів. Запропоновано синтаксис для формалізації знань з ОК ЕЕО, використання якого, на відміну від відомих підходів, дозволило формалізувати розв’язання тих задач ОК ЕЕО, які не мають “жорстких” алгоритмів і потребують виконання ОП в СЕЗ топологічно складних ЕЕО.

Розроблено методику агрегації різнорідних програмних компонентів, що дозволило функціонально об’єднати різнорідні бази даних, знань і метазнань для розв’язання комплексних задач ОК ЕЕО. Завдяки застосуванню інструментального підходу до формування моделей із залученням різнорідних формалізмів та розроблених механізмів інтеграції і взаємодії різнорідних компонентів ІІС з використанням мультиагентів вдалося зберегти як адаптивність ІІС до змін у структурі ЕЕО, так і відкритість ІІС до підключення нових програмних модулів для розв’язання інших задач ОК ЕЕО. Розроблені інформаційні структури бази знань, необхідні для розв’язання задачі контролю допустимості режимів роботи електротехнічного обладнання ЕЕО та ситуаційного керування ним, та засоби, що реалізують метод уніфікованого визначення оптимальної послідовності ОП в СЕЗ ЕЕО. Це забезпечило ефективне розв’язання технологічних задач, пов’язаних з ОП в СЕЗ ЕЕО незалежно від їх типу та складності. Крім того, це дозволило використовувати вже введені знання для формування нових баз знань з ОК ЕЕО інших типів, що зменшило витрати на розробку ІІС, сприяючи їх впровадженню в ЕЕС.

Ключові слова: електроенергетичний об’єкт, оперативні перемикання, знання, модель, інформаційно-інтелектуальна система.

Парус Евгений Владимирович. Информационно-интеллектуальные системы для оперативного управления электроэнергетическими объектами. — Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 – электрические станции, сети и системы. – Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2010.

В диссертационной работе развиты теоретические основы, разработаны методы и средства построения информационно-интеллектуальных систем (ИИС), ориентированных на решение задач оперативного управления (ОУ) электроэнергетическими объектами (ЭЭО).

Представлены результаты анализа процессов, происходящих при функционировании ЭЭО, в аспекте необходимости автоматизации решения задач ОУ ЭЭО и исследованы задачи ОУ ЭЭО. Определение последовательности оперативных переключений (ОП) в схемах электрических соединений (СЭС) ЭЭО является обязательной составляющей большинства задач ОУ ЭЭО. Причем, не смотря на кажущуюся простоту правил ОП, вследствие разнотиповости ЭЭО и различных ограничений схемно-режимного характера, задача определения оптимальной (для конкретных схемно-режимных условий) последовательности действий оперативного персонала по выполнению ОП в СЭС топологически сложных ЭЭО не является тривиальной. Решение о выполнении ОП принимаются с учетом ряда факторов, таких как цель ОУ, текущие состояния элементов “первичных” и “вторичных” цепей ЭЭО. Исследования программных средств, предназначенных для автоматизированного решения задач ОУ ЭЭО, показали целесообразность использования теории автоматов при построении программных средств решения задач ОП в схемах электрических соединений ЭЭО. Однако, внедрение таких средств усложнено как необходимостью формализации знаний об ОП для ЭЭО разных типов, так и необходимостью совместного использования разнородных формализмов для решения комплексных задач ОУ ЭЭО.

Разработана архитектура ИИС и определён базовый состав её компонентов – информационно-справочная подсистема, подсистема интерфейса и визуализации, подсистема мониторинга, подсистема анализа и ситуационного управления, структурированные базы данных и знаний, а также инструментальные средства адаптации и настраивания ИИС к ЭЭО.

Разработаны информационные структуры, используемые при решении задач ОУ ЕЕО, и определены на объектном уровне составляющие ИИС, базовыми компонентами которой являются Модель ОП, Модель режима ЭЭО и Представление оперативной схемы. Особенностью этих моделей является использование метаданных и метазнаний в виде информационных структур, содержащих правила решения отдельных задач ОУ ЭЭО.

Исследованы и определены формализмы, использование которых целесообразно для представления знаний в предметной области ОУ ЭЭО. Для решения задачи анализа допустимости режима ЭЭО и описания правил ОП в СЭС ЭЭО выбраны продукции, синтаксис которых предложено дополнить элементами логики предикатов, а именно кванторами всеобщности и существования, а также пропозициональными связками. Введённые дополнения позволили учитывать разнотиповость ЭЭО и декларировать групповые действия над множествами элементов схемы ЭЭО.

Разработана методика агрегации разнородных программных компонентов, что позволило объединить разнородные базы данных, знаний и метазнаний для решения комплексных задач ОУ ЭЭО. Благодаря использованию инструментального подхода к формированию моделей с привлечением разнородных формализмов и разработанных механизмов интеграции и взаимодействия разнородных компонентов ИИС с использованием мультиагентов удалось сохранить как адаптивность ИИС к изменениям в структуре ЭЭО, так и открытость ИИС к подключению новых программных модулей для решения других задач ОУ ЭЭО. Это позволило создать информационно-справочную систему ИИС ЭЭО, пригодную также и для автономного использования при решении отдельных подзадач ОУ ЭЭО.

Предложен проблемно-ориентированный метод структурирования и агрегации знаний с использованием компактного множества базовых типовых объединений элементов схемы ЭЭО и системы продукций, позволивший унифицировать формальное представление гибридной модели ЭЭО для решения задач, требующих выполнения ОП в СЭС ЭЭО.

Разработан метод автоматического поиска вариантов ОП в СЭС топологически сложных ЭЭО в условиях наличия различных эксплуатационных ограничений, который, в отличие от известных подходов, обеспечил оперативность решения указанной задачи средствами ИИС для ЭЭО разных типов.

Предложен синтаксис для формализации знаний об ОУ ЭЭО, использование которых, в отличие от известных подходов, позволило формализировать решение тех задач ОУ ЭЭО, которые не имеют “жёстких” алгоритмов и требуют выполнения ОП в СЭС топологически сложных ЭЭО.

Разработаны информационные структуры базы знаний, необходимые для решения задачи контроля допустимости режимов работы электротехнического оборудования ЭЭО и ситуационного управления этим оборудованием, а также средства, реализующие метод унифицированного определения оптимальной последовательности ОП в СЭС ЭЭО независимо от их типа и сложности.

Усовершенствованы технологии построения ИИС, предложены “согласованное” использование инструментальных средств для построения компонентов ИИС, унифицированный подход к структурированию знаний об ОУ ЭЭО разных типов и разработан синтаксис для описания знаний. Это позволило использовать уже введённые знания для формирования новых баз знаний для ОУ ЭЭО других типов, уменьшив этим издержки на разработку ИИС, содействуя их внедрению в ЭЭО.

Ключевые слова: электроэнергетический объект, оперативные переключения, знания, модель, информационно-интеллектуальная система.

Parus Ievgen Volodymyrovych. Information-intelligent systems for operative management of electropower objects. - the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on the speciality 05.14.02 – Electrical power plants, networks and systems. - Institute of Electrodynamics National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

In dissertational work theoretical bases are developed, methods and construction tools of information-intelligent systems (IIS), focused on the decisions of the tasks of operative management (OM) by electro power objects (EPO), are developed.

For the first time the problem-focused method of structurization and aggregation of knowledge with use of compact set of base typical associations of elements of scheme EPO and systems of productions, allowed to unify formal representation of hybrid model EPO for the decision of the tasks demanding performance of operative switchings (OS) in schemes of electric connections (SEC) EPO, is offered.

The method of automatic search of variants of OS in SEC topologically complicated EPO in conditions of presence of various operational restrictions which, unlike known approaches, has provided efficiency of the decision of the specified task with means IIS for EPO different types is developed. Syntax for formalization of knowledge about OM EPO which use, unlike known approaches, has allowed to formalize the decision of those tasks OM EPO which have no "rigid" algorithms is offered and demand performance of OS in SEC topologically complicated EPO.

The technique of aggregation of diverse program components is developed, that has allowed to unite diverse databases, knowledge bases and metaknowledge bases for the decision of complex tasks OM EPO.

Owing to use of the tool approach to formation of models with attraction diverse formalities and the developed mechanisms of integration and interaction of diverse components IIS with use of multiagents it was possible to keep as adaptibility IIS to changes in structure EPO, and openness IIS to connection of new program modules for the decision of other tasks OM EPO.

Information structures of the knowledge base necessary for the decision of a task of the control of an admissibility of operating modes of electrotechnical equipment EPO and situational management by this equipment, and also the means realizing a method of unified definition of optimum sequence of OS in SEC EPO are developed.

It has provided the effective decision of the technological tasks connected with OS in SEC EPO irrespective of their type and complexity. Besides it has allowed to use already entered knowledge for formation of new knowledge bases for OM EPO other types, having reduced these costs on development IIS, promoting their introduction in EPO.

Keywords: electro power object, operative switching, knowledge, model, information-intelligent system.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26525. Франко-германская война 1870-1871 гг. и парижская Коммуна 1871 г. и их место в историческом процессе 40 KB
  – Прусская война была осознана в Германии как война за национальное существование и независимость поэтому против Фр. провозглашена республика создано Вп Нац обороны в которое вошли представители политические силы оппозиционные империи. прошли выборы в Нац Собрание которое должно было утвердить прелиминарный мирный договор формальное согласие м д воюющими государствами относительно прекращения военных действий соглашение установления условий прекращения огня в общей форме очерчивается предполагаемая территория договариваются о судьбе...
26526. Общие черты и особенности эк. и П. развития стран Западной Европы и США в конце 19- начале 20 века 61.5 KB
  Внедрение капиталистического производства вызвало ряд изменений: 1. По темпам ежегодного приращивания производства 1 место США 2 место Германия. Еще 1й закономерностью развития стран было образование монополий – добровольных объединений независимых предпринимателей обладающие исключительным правом производства или торговли. переход от независимого производства к концентрации производства: спрос = предложение = прибыль = обострение конкуренции = нерегулируемое производство = кризис перепроизводства = концентрация производства.
26527. Международные отношения в последней трети 19-нач.20 века 31 KB
  Герм. надолго была ослаблена а Герм. Германия пыталась добиться гегемонии готовила для себя плацдарм. в результате добилась союза 3х императоров1873 – Герм.
26528. Страны Европы и США в годы I мир. войны 39 KB
  Если Тарле подчеркивал агрессивность только германского империализма то его оппоненты Покровский и его школа перекладывали ответственность на страны Антанты в том числе и на Россию Причинами I мир.вернуть утраченные территории в войне с Германией играть ведущую роль на континенте Англ.сокрушить Герм. Герм.
26529. Итоги первой МВ и Версальско-Вашингтонская система договоров 43 KB
  Создав преимущество германское командование решило перейти в наступление с целью разгрома армии Антанты до того как США смогли бы увеличить своё присутствие в Европе. Победа союзников обусловила главенствующую роль Великобритании Франции и США в выработке условий мирных соглашений на Парижской мирной конференции. проходила за закрытыми дверями США Вильсон Великобритания Ллойд Джордж Фр. этой программой США прикрывали экспансионистскую политику стали претендовать на мировое господство.
26530. Соц.-экономические, культурные и идеологические, П. предпосылки формирования фашизма в Западной Европе. Критерии тоталитаризма и типология тоталитарных систем 62 KB
  существовало 3 основных идеи пангерманистов:1господствующее положение германии в Европе 2 объединение говорящих понемецки народов и нац групп в рамках герм империи 3расшир герм колон владений. немцы призваны господствовать над всем миром. тоталитарный синдром: 1 единственная массовая партия возглавляемая харизматическим лидером и вбирающая небольшую часть населения; организована по олигархическому принципу стоит над бюрократической гос организацией либо переплетена; 2 официальная идеология; 3 монополия на СМИ; 4 на средства...
26531. Особенности раскола раб. движения после 1МВ. и субъективные причины появления Коментерна и РСИ 46 KB
  Лидеры болва соцдем. Политика защиты отечества разделила социалистов стран Антанты и Герм. Левое крыло имелось почти во всех соц. партиях: борцы с капзмом за победу соц.
26532. Сравнительная характеристика социально-экономической П. «нового курса» ФДР и Народного Фронта во Фр 60.5 KB
  Становилось ясно что рыночные отношения должен регулировать единый механизм – государство. английский экономист Кейнс разработал широкий комплекс мер государственного регулирования эк. В период кризиса нужно понижать налоги увеличивать гос. расходы а в период инфляции и перепроизводства наоборот налоги повышать а госву расходы сокращать.
26533. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ СТРАН ЦЕНТРАЛЬНОЙ И ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ В МЕЖВОЕННОЕ ВРЕМЯ (НА ПРИМЕРЕ ПОЛЬШИ И ВЕНГРИИ) 56 KB
  Ачади История венгерского крепостного крестьянства; Трайнин Национальные противоречия в АвстроВенгрии и ее распад. социалистическую партию Венгрии. Советская республика в Венгрии просуществовала 133 дня.