Использование элементов искусственного интеллекта: компьютерная поддержка оперативных решений в интеллектуальных электрических сетях

1.Проблемы разработки современных информационных систем энергетического применения. Традиционные и интеллектуальные системы.

2.Технологические рассуждения как предмет моделирования.

3.Характеристики рассуждений и целесообразность применения методов искусственного интеллекта.

4.Источники знаний для интеллектуальных систем. Роль эксплуатационного опыта.

5. Специализации разработчиков интеллектуальных систем. Роли эксперта-посредника и инженера по знаниям.

6. Особенности экспертной системы МИМИР.

7. Примеры применений системы МИМИР в электроэнергетике.

8.Вопросное программирование и программы-рассуждения.

9.Критерии целесообразности использования методов ИИ при разработке информационных систем.

10. Вопросное программирование для моделирования рассуждений экспертов при разработке информационных систем.

11. Экспертная система МИМИР и ее применение в электроэнергетике.

12. Этапы разработки прикладной интеллектуальной системы на базе системы МИМИР.

Глава 2. АНАЛИЗ НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

2.1. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ДИСПЕТЧЕРСКИЕ СИСТЕМЫ

«Интеллектуальными» диспетчерскими системами ИДС [10,11] принято называть системы, содержащие, кроме традиционных функций (сбор оперативной информации, ведение баз данных реального времени и архивов, выполнение расчетов, графическое представление информации в виде мнемосхем, графиков, диаграмм, генерация отчетов) еще и функции интеллектуальные (основанные на знаниях [13]), такие как:

– ситуационный анализ объекта управления, включая анализ событий и ситуаций,

– определение необходимых действий оператора при возникновении нештатных ситуаций,

– блокировка от несанкционированных действий оператора,

– ведение баз знаний реального времени.

Очевидно, что для оперативного диспетчерского управления электросетями только традиционные диспетчерские системы не обеспечивают достаточного уровня информационной поддержки работы оперативного персонала в аварийных и нештатных ситуациях: получая изображения схем с обозначенными на них положениями коммутационных аппаратов и значениями электрических параметров, диспетчер должен «сам соображать», возникла ли нештатная ситуация, в чем причина ситуации, какие действия нужно произвести для восстановления нормальной ситуации. Цена «человеческих» ошибок при принятии таких решений может быть весьма высока.

Порядок расследования аварий и технологических нарушений, примеры расследования таких нештатных ситуаций и оформления актов о расследовании причин аварии в электрических сетях или на других объектах электроэнергетики рассмотрены в главе 3.

Вместе с тем, в существующих диспетчерских системах для электросетей (по крайней мере, отечественных) интеллектуальные функции отсутствуют. В настоящее время сложились предпосылки для изменения этой ситуации (имеются проверенные в эксплуатации отечественные экспертные системы реального времени [7], обеспечение ввода в ИДС информации об РЗА больше не является серьезной проблемой – см., например, АСУ ТП Siemens – proavtomatika.ru).

Реализация функций ИДС достигается включением в систему ряда интеллектуальных агентов, построенных программно на основе технологии экспертных систем, а алгоритмически – на множестве технологических инструкций.

2.2. ДИСПЕТЧЕРСКИЙ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ СИТУАЦИЙ

Используя информацию о переключениях выключателей и срабатываниях устройств релейной защиты и автоматики РЗА на подстанциях, интеллектуальная система может производить анализ ситуаций, выделяя важные для оперативного управления нештатные ситуации, связанные с технологическими нарушениями.

При этом система должна распознавать именно нештатные ситуации, отделяя их от штатных, таких, к примеру, как отключения элементов оборудования для вывода в ремонт по заявкам.

При анализе нештатных ситуаций система должна определять:

источник технологических нарушений (например, короткое замыкание на одном из элементов оборудования);

работу АПВ (успешная или неуспешная);

отказы в срабатывании выключателей;

затягивание переключений выключателей;

отказы в срабатывании РЗА;

излишнюю или неселективную работу РЗА;

отключения элементов оборудования (линий, трансформаторов, шин). Эти данные минимально необходимы диспетчерскому и оперативному персоналу, чтобы оценить ситуацию в электрической сети и начать планирование мероприятий по предотвращению развития и ликвидации технологических нарушений.

2.3. ПОДСТАНЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ АНАЛИЗА СИТУАЦИЙ (ОБЪЕКТНАЯ СИСТЕМА АНАЛИЗА ПАНС)

Работы НТЦ ФСК ЕЭС в области оперативного диспетчерского анализа были начаты для отдельного объекта (подстанции Чагино), где в качестве АСУ ТП используются системы фирмы Siemens. «Лист событий» ЛС, формируемый в этом АСУ ТП является излишне «длинным» – в нем может содержаться несколько десятков записей. Анализ такого списка сложен для дежурного персонала подстанции и чреват «человеческими» ошибками. Можно использовать в ФСУ ТП специальные фильтры для выделения только событий, важных для конкретного анализа. Но тогда перед анализом дежурный персонал должен выполнить специальную операцию – смену фильтра – еще один возможный источник ошибок в условиях дефицита времени. Кроме того, в ЛС АСУ ТП непосредственно фиксируются не все нужные для диспетчерского анализа технологические нарушения (не фиксируются такие, как отказ выключателя, отказ устройства резервирования УРОВ, затягивание срабатывания выключателя).

Для определения и описания ситуаций на уровне подстанции необходимо дополнить АСУ ТП этого энергообъекта специальной экспертной системой ПАНС (подстанционный анализ ситуации), а в дальнейшем развить эти системы для уровня электрической сети (например, ПМЭС) – системы САНС. Эти экспертные системы основаны на разработанной ВНИИЭ инструментальной системе МИМИР [7].

В инструментальной системе МИМИР принято представление БД семантическими сетями. Можно выделить два основных раздела БД:

– топологическая модель «первичной» электрической сети,

– логическая модель релейной защиты и автоматики РЗА.

Топологическая модель в обобщенном виде может быть представлена графом рис.3., модель РЗА – графом, приведенным на рис.4

База данных устроена таким образом, что обращение к ней из программы может иметь вид вопроса на ограниченном естественном языке со словарем из элементарных понятий БД.

Например, вопрос «РЗА ЗТ, события срабатывание?»;

дает в качестве ответа указание на множество сработавших защит трансформаторов.

База данных в МИМИР дополнена системой программ на ограниченном естественном языке, имитирующих диспетчерские рассуждения на основе технологических правил.

В результате получается язык программ-рассуждений, на котором легко задавать логику диспетчерских рассуждений.

Правила, на основе которых функционирует экспертная система ПАНС, определяются логикой работы РЗА. Например, если зафиксировано срабатывание защиты линии электропередач, экспертная система определяет, на отключение каких выключателей нормально действует эта защита. Далее, определяется, все ли ранее включенные выключатели из этого множества отключились. Для не отключившихся выключателей фиксируется событие «отказ выключателя» и проверяется, было ли срабатывание УРОВ этого выключателя и т.п.

В другой, более сложной, ситуации при срабатывании защит трансформаторов необходимо определить, имеются ли дефектные выключатели и какой тип дефекта (отказ, затяжка срабатывания) имеет место (не отключившиеся выключатели перед опробованием погашенных шин напряжением нужно отключить, «разобрав» их схему разъединителями с нарушением блокировки, а для «затянувших» выключателей схема разбирается после опробования шин). Факт затяжки может быть логически установлен в рассуждении – УРОВ дефектного выключателя срабатывает до его отключения.

Результаты работы ПАНС могут составлять основу для доклада дежурного подстанции, направляемого сетевому диспетчеру при возникновении нештатной ситуации. Опыт испытаний ПАНС на подстанции Чагино положителен.

Для отображения результатов работы экспертной системы используется отображение системы КАСКАД-НТ [20].