автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение достоверности информации в автоматизированных системах управления подстанциями постоянного и переменного тока

На правах рукошп^ £ О Я

2 2 *Р

ГОРЕЛИК ТАТЬЯНА ГРИГОРЬЕВНА

УДК 62-52.002:621.311.4

ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИЯМИ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Специальность 05.14.02. - Электрические станции

(электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2000

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте по фредаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (АО НИИПТ).

Научный руководитель — кандидат технических наук, ст.н.с.

Асанбаев Ю.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Смоловик C.B.

кандидат технических наук, ст.н.с. Есипович А.Х.

Ведущая организация - ОДУ Северо-Запада

Защита состоится « декабря 2000г. в /^часов на заседании диссертационного совета К144.09.01 при АО НИИПТ по адресу: г. Санкт-Петербург, ул.Константинова, д. 1, ком.32. Отзывы в двух экземплярах. заверенные гербовой печатью просьба отсылать по адресу: 194223, Санкт-Петербург, ул.Курчатова, д. 1/39, АО НИИПТ.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке АО

ш i

НИИПТ.

Автореферат разослан «~3 » ноября 2ОООг

Ученый секретарь

диссертационного совета

Привалов И.Н.

W-051,8, О

ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ В , АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ * ПОДСТАНЦИЯМИ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

; га

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Теоретические основы, алгоритмы и методы повышения достоверности информации в электроэнергетике разрабатываются с начала 60-х годов. В настоящее время основные принципы теории сформулированы достаточно четко и наблюдается широкое внедрение ее методов в практику. Наиболее полное практическое применение в энергетике методы повышения достоверности получили в задачах управления электроэнергетическими системами для улучшения качества исходной информации. Применительно к отдельным подстанциям переменного тока (ПС), а также вставкам и передачам постоянного тока (ВПТ к ППТ), внедрение алгоритмов обработки данных развивалось значительно медленнее. Это объясняется тем, что в России внедрение вычислительной техники в энергетике начиналось с верхних уровней автоматизированной системы диспетчерского управления. И лишь с начала 90-х годов началось практическое применение средств вычислительной техннки нового поколения на нижних уровнях энергосистем - в АСУ ТП крупных электрических и тепловых станций, вставок и передач постоянного и подстанций переменного тока.

Опыт эксплуатации показывает, что точность информации, получаемой по аналоговым каналам ввода от первичных датчиков, колеблется в пределах 2% - 5%. Это препятствует постановке ряда важных задач АСУ ТП, таких как оперативный контроль режима, контроль потерь, дорасчет неизмеряемых параметров режима, некоторых задач диагностики силового и измерительного оборудования, построению советчиков диспетчеру. Поэтому задача повышения точности и надежности исходной информации о текущем режиме является весьма актуальной.

Качество оперативной информации, используемой в АСУ ТП, может быть улучшено как за счет использования более совершенных технических средств (измерительных трансформаторов, датчиков и т.д.), так и за счет применения алгоритмических приемов обработки информации. Для решения задачи повышения качества в части аналоговой информации, а также для дорасчета неизмеряемых параметров режима наиболее часто используются методы оценивания со-

стояния. Для комплексной оценки работы измерительной системы с учетом значений дискретных и аналоговых сигналов, для создания систем оценки ситуаций и принятия решений (советчиков диспетчеру). используются методы построения баз знаний и экспертных систем. При использовании в рамках верхнего уровня обработки информации для АСУ ТП электрических станций и подстанций этих алгоритмов в комплексе, интегрировано, становиться возможным построение надежной информационной системы, с минимальными погрешностями измерений и максимально комфортным для персонала отображением.

Цель работы и основные направления исследований. Целью диссертационной работы является научное обоснование методов, обеспечивающих построение в рамках АСУТП систем повышения достоверности и качества информации, с учетом отличий в постановке задачи для подстанций переменного тока, вставок постоянного тока и передач постоянного тога.

В соответствии с указанной целью, основные направления исследований состоят в следующем:

1. Поиск щтей повышения качества и достоверности информации на основе анализа состояния теории, практики и современных тенденций развития этого вопроса.

2. Исследование особенностей применения алгоритмов оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. Разработка способов повышения быстродействия и сходимости алгоритмов оценивания состояния для ПС, ВГТТ и ППТ.

3. Разработка математической модели для расчета установившегося режима и статического оценивания состояния вставок и передач постоянного тока.

4.Систематизация способов диагностики исправности измерительной системы. Оценка их эффективности. Разработка оптимальных алгоритмов диагностики для подстанций постоянного и переменного тока.

5. Создание и разработка новых методов и алгоритмов для системы оценки ситуации и принятия решений АСУ ТП ПС, ВПТ и ППТ на базе экспертных систем и логического анализа.

6. Создание программных комплексов на базе разработанных алгоритмов и их апробация на реальных объектах.

Методика пыполнення исследований. Решение указанных выше задач производилось с использованием теории оценивания состоя-

ния, методов математической статистики, линейной алгебры и методов решения нелинейных систем уравнений. Использовались также элементы теории систем, системного анализа и математической логики. Математическое описание объектов производилось с использованием методов расчета установившегося режима подстанций постоянного и переменного тока. Ряд вопросов, связанных с определением области применения разработанных алгоритмов и анализом математической модели измерений, решен экспериментально. Научная новизна работы.

Для решения задач исследования автором создана и представлена классификация типов существующих методов и алгоритмов повышения достоверности информации в АСУ ТП электрических станций и подстанций, позволяющая наглядно провести систематизацию средств решения данного класса задач.

Впервые рассмотрены особенности реализации и применения алгоритмов оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. Предложены методы повышения быстродействия процесса оценивания путем однократного вычисления матрицы Якоби и диакоптики (разделения на подсистемы) по различным классам напряжения для ПС и стороне выпрямителя и инвертора для ВПТ и ППТ.

На основании выполненного анализа различных методов решения задачи оценивания состояния автором впервые представлены теоретические положения по реализации задачи оценивания состояния для вставок и передач постоянного тока. Разработана методика повышения быстродействия и сходимости алгоритмов оценивания состояния для ВПТ и ППТ путем замены тригонометрических функций углов зажигания, погасания и коммутации на первые два слагаемых их разложения в ряд Тейлора.

Разработан обобщенный метод поиска неверных измерений для ПС. ВПТ и ППТ. Он основан на анализе качества оценки по вероятности выполнения критерия %2 с дальнейшим отбрасыванием и заменой на псевдоизмереши измерений с максимальным относительным остатком.

Разработаны новые алгоритмы для создания системы оценки ситуаций и принятия решений АСУ ТП ПС, ВПТ и ППТ на базе экспертных систем и алгоритмов логического анализа. Практическая значимость работы и се внедрение. Разработано пять программных комплексов для повышения достоверности ин-

формации, в которых реализованы основные алгоритмы и результаты. полученные в диссертационной работе:

• Комплекс оценивания состояния;

• Система оценки ситуаций и принятия решений;

• Программа дорасчета неизмеряемых параметров режима;

• Программный комплекс диагностики измерительной системы;

• Программа вычисления ресурса оборудования. Разработанные комплексы включены в состав базового программного обеспечения АСУ ТП «Венец» и внедрены на Выборгской преобразовательной подстанции в 1997- 1998гг.

Апробация работы. Диссертационная работа и ее отдельные части докладывались и обсуждались: на Всероссийской научно - технической конференции с участием специалистов стран СНГ, Литвы и дальнего зарубежья «Релейная защита и автоматика энергосистем -98» (Москва, 1998г.), на Усимпозиуме ТРАВЭК «Электротехника 2010» (Москва, 1999г.), на XIV Научно - технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем - 2000 (Москва, 2000г.), на конференции молодых специалистов электроэнергетики -2000 (Москва, 2000г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ.

Объем н структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (101 наименование). Объем работы включает в себя 146 страниц основного текста, 7 таблиц и 18 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи исследований, отражена их практическая ценность, дастся краткое изложение содержания работы. В первой главе подробно описаны теоретические положения, позволяющие реализовать в рамках АСУ ТП подстанций постоянного и переменного тока, алгоритмы повышения достоверности, надежности и качества информации.

Изложена общая формулировка задачи оценивания состояния энерго объекта, анализ и обоснование существующих подходов к ее решению.

Рассматриваемая задача сводится к определению вектора состояния У из переопределенной системы нелинейных уравнений:

«р/ЗУ = -2|Уи - ^ УР(У)/дУ = 0 , (1)

где ф - целевая функция. 11У - диагональная матрица весовых коэффициентов. Уп - вектор измерений. УР(У) - вектор расчетных значений.

Обычно систему (1) решают методом Ньютона-Рафсона, линеаризуя ее путем разложения в ряд Тейлора:

V, = Уи +К '(5 УР(У ¡.,)/ЗУ)т Иу"1 [Уи - Ур(У м)|, где К=(5Ур(У)/5У)тКу'1с5Ур(У)/5У

Однако существует целый ряд особенностей в постановке задачи оценивания состояния для подстанций переменного тока и электропередач и вставок постоянного тока, которые должны быть учтены при решении задачи оценивания состояния для ПС, ВПТ и ППТ:

• Возможность постановки задачи оценивания в статическом варианте, дающая значительную экономию машинного времени.

• Относительно небольшое число измеряемых параметров режима (по сравненшо с энергосистемами).

• В два - три раза меньшая, по сравненшо с АСДУ энергосистем. погрешность измерений.

• Высокая частота опроса датчиков.

• Существенное отличие системы уравнений, описывающей установившийся режим электропередач и вставок постоянного тока, и в необходимость разработки специальных алгоритмов для решения этих уравнений.

• При построении измерительной системы на ВПТ и ППТ, число измерений на стороне переменного тока значительно превосходит количество измерений на стороне постоянного тока и точному до-расчету неизмеряемых значений на стороне постоянного тока должно уделяться большое внимание.

Далее рассматриваются основные методы и алгоритмы, которые могут быть использованы для выявления ошибочных данных. Их можно условно разделить на три группы:

• Методы, использующие априорные сведения о распределениях ошибок исходной информации. Критерий ср( У)=[ V-У(У) ]т Г{у' [V-У(У)| при линеаризации зависимости У(У) имеет %2 распределение с числом степеней свободы равным т-п, при том что каждая компо-

нента вектора ошибок измерений У-У(У), распределена по нормальному закону. Математическое ожидание критерия М[(р(У)] = т-п. а дисперсия 2т-п. По таблицам х2 распределения можно определить вероятность выполнения условия при заданном числе степеней свободы:

Р{[ф(УНш-п)]<а(2т-п)}, (2)

где (х - -заданная константа

Малая вероятность говорит о наличии среди замеров ошибок измерений.

• Методы. использующие неквадратичные критерии. Предлагается использовать разные критерии оценивания, в зависимости от величины относительных остатков. Пока разность VI -У(У1) - небольшая, использовать обычный квадратичный критерий, а при больших разностях более пологую функцию. Использование подобной функции позволяет ослабить влияние на процесс сходимости и получаемые оценки, ошибочных измерений.

• Методы, использующие топологические свойства уравнений установившегося режима. Для выявления плохих данных может быть использовано то. что уравнения установившегося режима имеют малую связность. Если рассматривать уравнения, в которые явно входит измеренный параметр, то неправильное измерение с большой вероятностью скажется на соблюдении именно этих уравнений. Качество измерений может проверяться по балансу активных и реактивных мощностей в узлах, или при измерениях мощностей на двух концах ветви с учетом потерь и т.д..

В первой главе сформулированы также основные требования к построению информационных систем оценки ситуаций и принятия решения для энергообъектов, изложены основные принципы и структура построения экспертных систем и методы построения работы решающего узла экспертной системы.

Таким образом, в первой главе изложена теоретическая основа для построеши систем повышения достоверности, надежности и качества информации в АСУ ТП электрических станций и подстанций постоянного и переменного тока.

Во второй главе диссертации рассмотрены вопросы, связанные с реализацией оценивания состояния для подстанций переменного и вставок и передач постоянного тока.

Обоснован выбор состава вектора независимых переменных и вектора измерений для статического оценивания состояния. Исходя

из особенностей схемы ПС, ВПТ и ППТ - схема для каждого класса напряжения представляет собой многолучевую звезду, а также учитывая то. что максимальное число измерений приходится, как правило. на напряжения на шинах подстанций и активные и реактивные мощности в блоках, ЛЭП. фильтрах и синхронных компенсаторах, изменим традиционный состав компонент вектора независимых переменных У. Заладим вектор У так, чтобы его состав входили независимые переменные (перетоки активных и реактивных мощностей в ветвях и напряжение на шинах подстанции), обеспечивающие прямой расчет вектора измеряемых величин Ур(У). Это дает возможность упростить вычисление вектора У,.(У) и матрицы производных ЭУр(У)/5У, что требует основного объема машинного времени. При этом сохранится возможность проведения оценивания состояния, даже при потере измерений в отдельных ветвях дерева. Кроме этого, поскольку в состав вектора У войдут измеряемые величины, то при построении итерационного процесса мы будем находиться близко к точке решения, что существенно для решения системы методом Ньютона-Рафсона, который хорошо сходится именно вблизи от решения. Как показывает опыт расчетов, необходимая точность при начальных значениях, взятььх по измерениям режима, достигается обычно за 2-4 итерации с монотонным уменьшением целевой функции, за исключением режимов, близких к пределу расчетной устойчивости, где число итераций может возрасти до 7-8.

Далее в работе рассмотрены методы повышения быстродействия, устойчивости и сходимости работы алгоритма оценивания. С целью экономии оперативной памяти вычислительной машины предложено применить декомпозицию задачи оценивания состояния, то есть разбивку задачи оценивания на отдельные подзадачи и решения се по частям, с дальнейшей координацией. Дтя разбивки задачи оценивания можно использовать те же подходы, что и при разбивке на подсистемы задач потокораспределения и оптимизации нормального режима. Но, кроме того, задача оценивания состояния допускает специфические приемы разбивки, например использование оценок границ одной подсистемы в качестве псевдоизмерений (априорных значений) для смежной подсистемы.

Предложено разделение подсистем по выпрямительно - ин-верторному блоку для подстанций и вставок постоянного тока или по трансформаторам и автотрансформаторам, соединяющим шины

разных классов напряжений для подстанций и станций переменного тока. Приведен пример независимого оценивания для стороны выпрямителя и инвертора и оценивания со связью по постоянном}' току и показано, что для объектов с достаточно высокой точностью измерений расчетные значения выпрямленных токов находятся в границах (I ijrljv I/ij^oj^ioo < 1.5% даже без использования итерационных алгоритмов, связывающих стороны выпрямителя и инвертора.

Анализируя суммарные затраты времени, с учетом вычисления зависимостей Vp(Y), можно сделать вывод, что время выполнения составных частей алгоритма распределяется в порядке возрастания следующим образом: вычисление вектора VP(Y), решение системы линейных уравнений на каждом шаге итерации, вычисление матрицы К (1). При этом затраты времени в методе Ньютона-Рафсона растут линейно с увеличением размера рассчитываемой сети. Таким образом, кроме вышеизложенного метода, предлагается вычислять Якобиан и матриц)' К только один раз, на нулевой итерации, а поскольку для подстанций переменного и постоянного тока мы как правило находимся вблизи от точки решения, введение подобного алгоритма не скажется на сходимости процесса и качестве оценки. На примере показано, что на сходимость алгоритма практически не влияет однократное вычисление Якобиана, и при этом существенно сокращаются затраты машинного времени.

Далее рассмотрены вопросы, связанные с реализацией алгоритма оценивания для ВПТ и ППТ. Описана математическая модель объекта, получены аналитические формулы для вычисления матрицы Якоби. Вставка постоянного тока обеспечивает передачу электроэнергии от шин Ш1 к шинам Ш2, позволяя связывать между собой энергосистемы различных классов напряжения, отстраивая их по частоте. Полная схема подстанции в общем случае может содержать произвольное число независимых преобразовательных блоков; линий электропередачи, от шин Ш1 и шин Ш2 к энергосистеме; автотрансформаторов или трансформаторов, связывающих Ш1 и Ш2 с шинами IIB...HIN других классов напряжения. В состав преобразовательного блока входят силовые трехобмоточные трансформаторы с расщепленной вторичной обмоткой, соединяющие мостовые преобразователи, включенные последовательно по два в каждом блоке, со сборными шинами переменного тока. К третичной обмотке преобразовательных трансформаторов подключены батареи

фильтров. Компенсация реактивной мощности на ВПТ осуществляется конденсаторными батареями и синхронными компенсаторами. В состав вектора измерений ВПТ войдут следующие величины: VIIH Uini(iin);('r;.iiiil'3SibbsiblDibPr>.iibQr>;iii[i(nn)ii)ii=i,ni; (I;Ü2,P Q.Ti2)i2=l,n2> (Ia"I|3?P.\ti3iQATi3)i3=l,li3? Оф imnH2)i4>Q<HHI(im)i4)i=l,n4; AQ; АР К

где nl - число блоков, п2 - число ЛЭП, пЗ - число автотрансформаторов LUl/LUN, п4 - число конденсаторных батарей, АР и AQ - небаланс активной и реактивной мощности на шинах. Вектор независимых переменных будет представлен в виде: Y = ■{ U330(400); (PfoibQwi lllU!ll2)il)i]=l,nl • (РлаДЗл12)|1=1,п2)

(P,\i ¡3 )QAli3)i3=l ,ii3 ^

Написав уравнения для расчета режима в общем виде, а затем меняя лишь количество преобразовательных блоков, ЛЭП, фильтров. можно настраивать задачу на оценивание состояния преобразовательной подстанции любой конфигурации.

Выпрямленный ток IDi, входящий в состав вектора измерений, вычисляется итерационно из системы уравнений, связывающей параметры стороны постоянного и переменного тока: С а, CS,) = arccos( ( п* Р[;лГ_/ б + Х2* IDi2) / (€*1т * Е21)); Ys = arccos(cosai(5,) -V2 * X2*Idi /E2i)-a^,); < Qu = 3*E22*( Yi - cos (2*ai * siny^ / (л * X2);

Qh = QH*; p =p *•

ч ■ Б-ii ^ Бл| »

Наибольшую трудность при решении задачи оценивания состояния представляет определение аналитических выражений для вычисления Якобиана 3 VP(Y)/5Y. Производная по выпрямленному току д IJdzi. вычисляется итерационно из системы уравнений:

*1В12аЕ21)*91ш/^)-(Л*РБлЛГ,*Л/2*1О|*Е21*ЕЗ1)*5ЕЗ,/&0+(Х2/(^2*Е21)* *Э 1И / дц) - (X,Л Ь / ( V2* E2I* *E3i) * д Е31 / дц)); dy-Jdii = (-1/Vi-В2)*(--sin ai(5i)*3aI(5i)/özrV2*X2/ E2i*31D, /öz,+V2 * J *X2*I(ii / (En * E3[) * 3 Е3, / йе,) - 3 a, (5,)/&i; д Qn'ldii = 6*Е2]*К-п З /{ж *X2)*(Ti - cos (2*a, +y,)*siny, )* ЭЕд/Эг, + +3*E2j /(л*Х2)*(9 yi/57.I+sin(2*aj+yi)*sinyi*(2*3 ai (8f )/3z,+3 у ¡/3zi) --cos ( 2*<Xi +J,) * cos yi* 3 Yi/özi); cJQ„/öz,= 3Qi,*/efei;

где A=( л* PMI / 6 + X2* ID2) / (V2*IDi * E2I);

B= cos a¡(6¡) -V2 * X2*Idi / E2j ;

д /&i - производная по компонентам вектора независимых переменных.

Далее приведен алгоритм аппроксимации уравнений, описывающих установившийся режим и Якобиан, с целью понижения нелинейности системы и как следствие - улучшения сходимости при итерационном процессе. Системы уравнений, описанные выше, являются нелинейными. В общем случае такая система может быть решена только при помощи приближенных методов. Предлагается заменить косинусы и синусы углов на первые два слагаемых, получаемых при разложении функций косинус и синус в ряд Тейлора: cos X = 1 - Х2/2! +'х4/4! +....+ (-l)"*Xín/(2n)! + sin X = 1 - х3/3! + х?/5! +.... + (-1)"*х1п+1/(2п+1)! + ..., то есть eos a¡ (S¡) заменить в уравнениях на 1- oci(5¡)2/ 2 , eos y¡ на 1- y¡2/ 2 . a sin y¡ на 1- у¡}l 6. С помощью предложенной методики можно упростить вычисления и избавится от тригонометрических функций в уравнениях. Подобная подстановка позволяет улучшить сходимость вычислительного процесса, особенно на границе расчетной устойчивости (4-5 итераций вместо 7-8). Также меняется и характер сходимости итерационного процесса (целевая функция монотонно убывает).

В третьей главе рассмотрены методы и алгоритмы повышения достоверности информации в АСУ ТП передач и подстанций постоянного и переменного тока. Приведены возможные варианты построения подсистем обработки информации.

Предложена методика построения системы диагностики исправности измерительных каналов, позволяющая не только организовать проверку работы измерительной системы, но и выявляющую такие погрешности в организации системы измерения, которые не могут быть выявлены в ходе метрологической аттестации:

• Несоответствие диапазона измерительного прибора диапазону реальных значений, слишком низкий или наоборот слишком высокий уровень входного сигнала;

• наличие в системе токов высших гармоник;

• наличие помех в измерительной системе и т.д. Предполагая, что каждая компонента вектора ошибок измерений распределена по нормальному закону, можно вычислить вероятность того, что полученная оценка значений близка к истинной и выявить наличие ошибочных измерений. Обратимся к критериям

согласия, при помощи которых проверяют, удовлетворяет ли рассматриваемая случайная величина заданному закону распределения. В тех случаях, когда полученная оценка вектора состояния близка к истинной, вероятность выполнения условия (2) близка к 1. Малая вероятность означает, что в составе измерений имеются ошибки. Критерий (2) позволяет судить лишь о качестве оценки и о необходимости применения дополнительных методов для выявления неисправных каналов. Для выявления неисправных измерительных каналов предполагается использовать дополнительно анализ остатков оценивания. Считая, что ошибочным измерениям соответствуют максимальные относительные остатки, и определив канал, передающий самое «плохое» измерение по максимальному значению относительного остатка: ср; = (Ущзм-У^рдсч) ^ а> > заменим это значение на расчётное. Затем снова проведем оценивание, с использованием обновлённого вектора измеренных значений. Будем выявлять неудовлетворительные измерения и заменять их значения ira псевдоизмерения, до тех пор, пока вероятность %2 не достигнет нужного результата или не перестанет существенно меняться.

Другим способом организации алгоритма является вариант, основанный не на замене измеренных значений на псевдоизмерения, а на увеличении значения погрешности измерения, то есть на уменьшении весового коэффициента Уст* и соответственно на уменьшении степени доверия к данному измерению в процессе оценивания. При этом в результате получаются откорректированные значения погрешностей измерения, более близ taie к истинным, чем априори заданные.

Данные алгоритмы вполне применимы из-за относительно небольшого количества измерений (и соответственно вычислений), используемых в оценивании состояния подстанций. Как правило, процесс выявления «плохих» данных проходит за 3-4 итерации (время работы программы 5-10 секунд).

Далее в диссертации изложены алгоритмы дорасчета неизмеряемых параметров режима с использованием различных исходных данных. Показано, что дорасчет с использованием результатов оценивания обладает наибольшей точностью результатов.

Предложена методика реализации «ссли-то» алгоритмов при построении решающего узла экспертной системы. Алгоритм реализуется с помощью структур данных двух видов: стеков и таблицы

переходов. Один стек называется стеком операции и служит для хранения операций, которые из-за сохранения приоритета не могут быть выполнены сразу. В другом стеке - стеке результатов, сохраняются результаты процесса вычисления формулы. Если обнаруженный при чтении формулы элемент является сигналом, то его значение заносится в стек результатов, если элемент является операцией, то эта операция сопоставляется с предыдущей, находящейся в стеке. Алгоритм, реализующий обработку логических условий, представляет собой следующую последовательность операций:

• путем последовательного сканирования символов текста формулы выделяются ее подэлементы, которые, в свою очередь, подразделяются на три категории: сигналы, операции, результаты;

• формируются два вспомогательных массива: стек операций и стек результатов, имеющие вид х1ак_орег[...|={0,0,...,()}, к1ак_ге8[...]={0,0,...,0};

• вводиться описание матрицы вариантов расчета, следующей структуры, называемой таблицей переходов: Таблица 1. Таблица переход!

СТЕК ОПЕРАЦИЙ ТЕКУЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ФОРМУЛЫ

( & 1 )

( 1 1 1 2 X

& 1 3 X 4 4

1 1 X 3 4 4

11 1 1 1 X конец

Коды вариантов расчета:

1. Занести операцию в стек операций.

2. Извлечь операцию из стека операций.

3. Извлечь операцию из стека операций и два значения из стека результатов. Произвести соответствующие вычисления. Результат занести в стек результатов. Новую операцию занести в стек операций.

4. Извлечь операцию из стека операций и два значения из стека результатов. Произвести соответствующие вычисления. Результаты занести в стск результатов. Продолжать сканирование формулы с предыдущей позиции.

X. Признак некорректности формулы.

Когда выполнение алгоритма завершено, результат вычисления формулы будет находиться в вершине стека результатов.

Далее в работе предложены пути применения системы оценки ситуаций и принятия решений в АСУ ТП энергообъекта, например для построения советчиков диспетчеру, контроля правильности работы релейной зажиты, для определения ресурса оборудования и т.д..

Тагам образом, реализуя алгоритмы оценивания состояши и построения экспертных систем, получаем возможность с их помощью, построить различные подсистемы обработки информации и вывести работ) АСУ ТП ПС, ВПТ и ППТ на качественно новый уровень.

В четвертом главе приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных на Выборгской подстанции. Показано. что применение программы оценивания состояния и информационной системы оценки ситуаций и принятия решений является мощным средством повышения надежности и качества исходных данных, характеризующих установившийся режим.

При проведении оценивания состояния на ВПК по ряду измеряемых параметров удалось достигнуть точности 0,5% и выше. В целом расчетный вектор состояния после оценивания всегда был ближе к точному значению. Особенно эффективно это проявилось по отношению к углам регулирования. Применение программы оценивания состояния и дорасчета неизмеряемых параметров позволило существенно расширить информационные возможности АСУ ТП. Так на преобразовательных подстанциях могут быть вычислены некоторые режимные показатели, для которых трудно или вообще невозможно создать датчики сигналов. К числу таких параметров можно отнести выпрямленное напряжение, углы регулирования, напряжения на вентилях и т.д..

Одним из важных положительных эффектов внедрения методов повышения достоверности информации в АСУ ТП. явилась практическая возможность оперативной оценки точности измерений по отдельным каналам. Наличие в программе оценивания блока выявления «плохих» данных, позволяет автоматически выявлять неисправности и ухудшение метрологических характеристик в процессе старения, а внедрение информационной системы оценки ситуаций позволило также проконтролировать исправность работы дискретной части измерительной системы. Внедрение программы оценивания дало возможность отказаться от очередных обязательных поверок измерительной системы, проводя их только в случае ухудшения

метрологических характеристик. Это позволило существенно упро-спль эксплуатацию системы сбора данных АСУ ТП при одновременном улучшении надежностных и точностных характеристик.

Ввод в эксплуатацию системы оценки ситуаций и принятия решении позволил реализовать первые шаги по внедрению экспертных систем в АСУ ТП электрических станций и подстанций, реализовать некоторые функции советчика диспетчера, создать системы контроля за основными режимными параметрами и качеством работы измерительной системы, а также систему учета ресурса силового оборудования.

Таким образом, внедрив методы и алгоритмы повышения достоверности информации на Выборгской преобразовательной подстанции. удалось получить качественно новый уровень автоматизированной системы управления, открывающий дополнительные возможности для эффективного управления энергообъектом.

ВЫВОДЫ.

1.В работе выполнен анализ отечественных и зарубежных разработок в области повышения достоверности информации в автоматизированных системах управления энергообъектами. Рассмотрены различные пути решения подобных задач на основе проведенных автором исследований и сопоставительных расчетов.

2. Сформулированы отличия в методах реализации оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. Предложены метод повышения быстродействия процесса оценивания путем однократного вычисления матрицы Якоби при реализации метода Ньютона - Рафсона и метод разделения на подсистемы по различным классам напряжения для снижения объема занимаемой памяти при решении задачи оценивания.

3. Представлена математическая модель для расчета установившегося режима и статического оценивания состояния вставок и передач постоянного тока. Предложена методика повышения быстродействия и сходимости алгоритмов оценивания состояния для ВПТ и ППТ. путем разложения в ряд Тейлора тригонометрических функций углов зажигания, погасания и коммутации.

4. Проанализированы способы диагностики исправности измерительной системы и на их основе разработан метод поиска неверных измерений для ПС,ВПТ и ППТ, позволяющий решать

данную задачу в общем случае. Приведены результаты экспериментальной апробации метода, подтверждающие его высокую надежность и эффективность. Доказана возможность выявления с помощью этого метода не только неисправных измерительных каналов. но и ошибок в построении информационно-измерительной системы.

5. На базе экспертных систем и алгоритмов логического анализа разработаны новые алгоритмы для создания в АСУ ТП системы оценки ситуаций и принятия решений.

6. Рассмотрены различные варианты построения систем дорасчета неизмеряемых параметров режима: по результатам измерении. по результатам измерений с усреднениями и по результатам оценивания состояния. Приведены результаты экспериментальных исследований применения различных способов дорасчета, показавшие высок\то эффективность дорасчета по результатам оценивания состояния.

7. Рассмотрены возможности и разработаны способы практического применения систем повышения качества информации в АСУ ТП электрических подстанций и их апробация на реальных объектах.

8. Промышленная эксплуатация разработанных программных комплексов показала высокую надежность и эффективность предложенных алгоритмов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Горелик Т.Г. Комплекс программ для оптимизации установившихся режимов выборгской преобразовательной подстанции. // Автоматизированные системы управления технологическими процессами крупных подстанций, электропередач и вставок постоянного тока. Л.: Энергоатомиздат, 1991 (Сборник научных трудов НИИПТ).

2. Асанбаев Ю.А.. Горелик Т.Г. Применение теории оценивания состояния в задачах автоматизированных систем управления технологическими процессами электропередач и вставок постоянного тока.// Автоматизированные системы управления технологическими процессами крупных подстанций, электропередач и вставок постоянного тока. Л.: Энергоатомиздат, 1991 (Сборник научных трудов НИИПТ).

3. Асанбаев Ю.А., Ветрова И.А., Горелик Т.Г., Голынко Е.И., Гудилин C.B., Лобанов C.B., Кумец И.Е., Соколов И.А., Филатов В.Г. Программно-технический комплекс автоматизации управления технологическими процессами в электроэнергетике «Венец» // Тезисы докладов Всероссийской научно - технической конференции с участием специалистов стран СНГ, Литвы и дальнего зарубежья «Релейная защита и автоматика энергосистем - 98» - М.,1998

4. Асанбаев Ю.А.. Ветрова И.А., Горелик Т.Г., Гудилин C.B., Кумец И.Е., Лобанов C.B., Филатов В.Г. Интегрированная система управления для электрической части станций и подстанций. // Сборник докладов Усимпозиум ТРАВЭК «Электротехника 2010» - М.,1999.

5. Асанбаев Ю.А., Болдырева Н.В., Голынко Е.И., Горелик Т.Г. Автоматизация контроля системы сбора аналоговой информации в АСУ ТП. // Сборник докладов Усимпозиум ТРАВЭК «Электротехника 2010» - М.,1999.

(¡.Болдырева Н.В.. Горелик Т.Г. Алгоритмы работы информационной системы оценки ситуации и принятия решений. // Известия НИИ постоянного тока, N57, 2000, с. 165-172.

7.Голынко Е.И., Горелик Т.Г. Применение теории оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. // Известия НИИ постоянного тока, N57, 2000, с. 173-178.

8. Асанбаев Ю.А.. Ветрова И.А., Горелик Т.Г., Гудилин C.B., Лобанов C.B.. Кумец И.Е.. Филатов В.Г. Централизованная система регистрации аварийных процессов в Единой энергетической системе России. // Тезисы докладов XIV Научно - технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем - 2000» - М., 2000

9. Асанбаев Ю.А., Ветрова И.А., Горелик Т.Г., Гудилин C.B., Лобанов C.B., Кумец И.Е., Софронов A.B., Филатов В.Г. Подсистема управления и связи с цифровыми защитами в АСУ ТП подстанции. // Тезисы докладов XIV Научно - технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем - 2000» - М., 2000

10. Горелик Т.Г., Гудилин C.B., Лобанов C.B. Основные принципы построения и алгоритмы работы регистратора системных аварий для ЕЭС России.// Сборник докладов конференции молодых специалистов энергетики - 2000. -М.: НЦ ЭНАС, 2000.

11. Горелик Т.Г., Касаточкин A.A., Кумец И.Е. Современные автоматизированные системы управления энергообъектами.// Сборник докладов конференции молодых специалистов энергетики - 2000. -М.: НЦ ЭНАС. 2000.

Введение.

Глава 1. Анализ и обоснование базовых алгоритмов повышения достоверности информации в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Описание и сравнение существующих методов оценивания состояния.

1.2.1 Метод максимального правдоподобия.

1.2.2 Метод наименьших квадратов.

1.3. Сравнительный анализ методов выявления неисправных каналов.

1.3.1. Методы, использующие априорные сведения о распределении ошибок.

1.3.2. Методы, использующие неквадратичные критерии.

1.3.3. Методы, использующие топологические свойства уравнений установившегося режима.

1.4. Алгоритмы и методы построения информационных систем оценки ситуаций и принятия решений.

1.4.1. Основные принципы построения экспертных систем.

1.4.2. Описание базовых понятий математической логики.

1.4.3. Правила типа "если-то" для представления знаний.

1.5. Выводы.

Глава 2. Разработка и исследование методов повышения достоверности информации для подстанций переменного и передач и вставок постоянного тока на базе алгоритмов оценивания состояния.

2.1. Выбор состава вектора независимых переменных и вектора измеренных значений с учетом топологии схемы подстанций переменного и постоянного тока.

2.2. Методы повышения быстродействия, устойчивости и сходимости алгоритма оценивания.

2.3. Метод наименьших квадратов для вставок постоянного тока.

2.3.1. Описание объекта. Схема замещения и уравнения установившегося режима вставки постоянного тока.

2.3.2. Построение математической модели для программы оценивания состояния вставки постоянного тока.

2.3.3. Построение матрицы Якоби.

2.4 Метод наименьших квадратов для передач постоянного тока.

2.4.1 Описание объекта. Схема замещения и уравнения установившегося режима передачи постоянного тока.

2.4.2 Построение математической модели для программы оценивания состояния передачи постоянного тока.

2.4.3. Построение матрицы Якоби.

2.5. Методы повышения быстродействия, устойчивости и сходимости работы алгоритма оценивания ВПТ и ППТ.

2.6. Выводы.

Глава 3. Разработка оптимальных методов обработки информации в АСУ ТП передач и подстанций постоянного и переменного тока.

3.1. Диагностика измерительной системы.

3.1.1. Особенности применения методов выявления неисправных каналов для подстанций постоянного и переменного тока.

3.1.2. Обобщенная методика выявления неисправных каналов для подстанций постоянного и переменного тока. :.

3.2. Дорасчет неизмеряемых параметров.

3.2.1. Постановка задачи.

3.2.2. Сравнительный анализ и обоснование методов дорасчета неизмеряемых параметров.

3.2.2.1. Прямой дорасчет.

3.2.2.2. Дорасчет с усреднением.

3.2.2.3.Дорасчет по результатам оценивания состояния.

3.2.3. Применение "составных" формул для дорасчета неизмеряемых параметров.

3.3. Разработка алгоритмов работы в АСУ ТП электрических станций и подстанций информационной системы оценки ситуаций и принятия решений.

3.3.1. Алгоритм вычисления логических условий.

3.3.2. Архитектура построения информационной системы оценки ситуаций и принятия решений АСУ ТП энергообъекта на базе экспертной системы.

3.3.3. Применение системы оценки ситуаций и принятия решений для АСУ ТП подстанций постоянного и переменного тока.

3.4. Выводы.

Глава 4. Программная реализация методов и алгоритмов повышения достоверности информации на

Выборгской преобразовательной подстанции в рамках АСУ ТП «ВЕНЕЦ».

4.1. Программа оценивания состояния Выборгской преобразовательной подстанции.

4.2. Программа диагностики и выявления неисправных каналов для впк.'.по

4.3. Дорасчет неизмеряемых параметров установившегося режима.ч.

4.3.1. Описание алгоритмов работы программного комплекса «Логические датчики ».

4.3.2. Дорасчет обобщенных углов зажигания и погасания подстанции постоянного тока.

4.3.3. Дорасчет активных и реактивных составляющих токов и напряжений.

4.3.4. Дорасчет потерь и КПД.

4.4. Комплекс программ оценки ситуаций и принятия решений.

4.5. Выводы.,.

В связи с качественным изменением состава технических и программных средств вычислительной техники, в настоящее время появилась реальная возможность для создания централизованной системы управления и контроля всего технологического цикла энергообъекта, что позволило бы осуществлять решение всего круга задач сбора, обработки, передачи информации, а также управления объектом, в режиме реального времени. Таким образом, с увеличением объемов оперативной памяти и быстродействия в десятки — сотни раз, перед разработчиками программного обеспечения для АСУ ТП возникли новые задачи и появились широкие возможности для их реализации. В данный момент явно наметилась тенденция к увеличению доли сложных обрабатывающих программ в общем составе базового программного обеспечения АСУ ТП.

Можно выделить следующие основные особенности современных систем управления:

• использование цифровых методов для сбора и обработки информации на базе микропроцессорной вычислительной техники, начиная от устройств измерения сигналов и вплоть до составления оперативных документов;

• интеграция подсистем оперативного управления, контроля измерений, защиты и противоаварийной автоматики в единую систему;

• создание надежных баз данных, объединяющих информацию от всех систем;

• интеллектуализация процессов контроля и управления оборудованием и режимами подстанции.

Создание, в рамках АСУ ТП подстанций постоянного и переменного тока, такой системы,' отвечающей всем современным требованиям, невозможна/ ^ без внедрения алгоритмов повышения достоверности, надежности и качества информации.

Теоретические основы, алгоритмы и методы^ применяемые для / повышения достоверности информации в электроэнергетике разрабатываются с начала 60-х годов [1-10]. В настоящее время основные принципы теории сформулированы достаточно четко и наблюдается широкое внедрение ее методов в практику. Наиболее полное практическое применение в энергетике методы повышения достоверности получили в задачах управления электроэнергетическими системами для повышения надежности и качества исходной информации [11-17]. Практически во всех автоматизированных системах диспетчерского управления (Siemens, АВВ[18] и др.) реализованы алгоритмы статического и динамического оценивания состояния, экспертных систем оценки ситуаций и принятия решений, различные алгоритмы расчета неизмеряемых параметров установившегося режима. Применительно к отдельным подстанциям переменного тока, а также вставкам и передачам постоянного тока, внедрение алгоритмов обработки высокого уровня развивалось значительно медленнее. Это объясняется тем, что в России внедрение вычислительной техники в энергетике начиналось с верхних уровней автоматизированной системы диспетчерского управления. И лишь с начала 90-х годов началось практическое применение средств вычислительной техники нового поколения на нижних уровнях энергосистем - в автоматизированных системах управления технологическими процессами крупных электрических и тепловых станций, вставок и передач постоянного и подстанций переменного тока [19-24].

Опыт эксплуатации АСУ ТП Выборгской выпрямительно - инверторной подстанции [25] и результаты метрологических испытаний, проведенных на Южной ТЭЦ и в СП СДТУ АО «Ленэнерго», показали, что точность информации, получаемой по аналоговым каналам ввода от первичных датчиков, колеблется в пределах 2% - 5%. Это препятствует постановке ряда важных задач АСУ ТП, таких как оперативный контроль параметров режима, контроль потерь, дорасчет неизмеряемых параметров режима, некоторых задач диагностики силового и измерительного оборудования, построению советчиков диспетчеру и других.

Качество оперативной информации, используемой в АСУ ТП, может быть улучшено как за счет использования более совершенных технических средств (измерительных трансформаторов, датчиков и т.д.), так и за счет применения алгоритмических приемов предварительной обработки информации. Поэтому задача повышения точности и надежности исходной информации о текущем режиме является весьма актуальной.

Для решения данной задачи в части аналоговой информации, а также для дорасчета неизмеряемых параметров режима наиболее часто используются методы оценивания состояния. Для комплексной оценки работы измерительной системы с учетом значений дискретных и аналоговых сигналов, для создания

- ■ я систем оценки ситуаций и принятия решений (советчиков диспетчеру), используются методы построения баз знаний и экспертных систем.

При использовании в рамках верхнего уровня обработки информации для АСУ ТП электрических станций и подстанций данных алгоритмов в комплексе, интегрированно, становится возможным построение надежной информационной системы с минимальными погрешностями измерений и максимально комфортным для персонала отображением информации.

Таким образом, целью данной диссертационной работы является научное обоснование разработок, обеспечивающих построение в рамках АСУ ТП электрических станций и подстанций систем повышения достоверности и качества информации, с учетом отличий в постановке задачи для подстанций переменного тока, вставок постоянного тока и передач постоянного тока.

Диссертационная работа направлена на повышение надежности и исправности функционирования информационно-измерительной системы, увеличение точности измерений аналоговых и дискретных параметров установившегося режима, обеспечение оперативного контроля и управления энергообъектом, за счет использования наиболее эффективных и экономичных систем достоверизации информации.

Исходя из вышеизложенного, научная проблема диссертационного исследования формулируется следующим образом: разработка и создание методов и алгоритмов построения систем повышения достоверности информации для АСУ ТП подстанций постоянного и переменного тока. Основные направления исследований:

1. Поиск путей повышения качества информации на основе анализа состояния теории и практики их проектирования, современных тенденций развития.

2. Исследование особенностей применения алгоритмов оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. Разработка способов повышения быстродействия и сходимости алгоритмов оценивания состояния для ПС, ВПТ и ППТ.

3. Разработка математической модели для расчета установившегося режима и статического оценивания состояния вставок и передач постоянного тока.

4. Систематизация способов диагностики исправности измерительной системы. Оценка их эффективности. Разработка оптимальных алгоритмов для подстанций постоянного и переменного тока.

5. Создание и разработка новых методов и алгоритмов для системы оценки ситуаций и принятия решений АСУ ТП ПС, ВПТ и ППТ на базе экспертных систем и логического анализа.

6. Разработка методов и способов практического применения систем повышения достоверности информации в АСУ ТП электрических подстанций, создание программных комплексов и их апробация на реальных объектах.

В диссертационной работе используются как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Решение указанных выше задач производилось с использованием теории оценивания состояния, численных методов математической статистики, линейной алгебры и методов решения и нелинейных систем уравнений. Использовались также элементы теории систем, системного анализа и математической логики.

Математическое описание объектов производилось с использованием методов расчета нормального режима подстанций постоянного и переменного тока.

Ряд вопросов, связанных с определением области применения разработанных алгоритмов и анализом математической модели измерений, решен с помощью экспериментов.

Принята следующая структура диссертационной работы.

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи исследований, отражена их практическая ценность, дается краткое изложение основного содержания работы.

В первой главе подробно описаны теоретические положения, позволяющие реализовать в рамках АСУ ТП подстанций постоянного и переменного тока алгоритмы повышения достоверности, надежности и качества информации.

Изложена общая формулировка задачи оценивания состояния энергообъекта, анализ и обоснование существующих подходов и решений, показана возможность использования для АСУ ТП подстанций метода статического оценивания состояния.

Значительное* место уделено рассмотрению существующих методов, используемых для выявления ошибочных данных в информационно» измерительной системе.

В первой главе диссертационной работы сформулированы также требования к построению информационных систем оценки ситуаций и принятия решения для энергообъектов, изложены основные принципы и структура построения экспертных систем и методы построения работы решающего узла экспертной системы.

Таким образом, в первой главе изложена теоретическая основа построения систем повышения достоверности информации в АСУ ТП электрических станций и подстанций постоянного и переменного тока.

Во второй главе диссертации рассмотрены вопросы, связанные с реализацией алгоритмов оценивания состояния для подстанций переменного и вставок и передач постоянного тока. Сформулированы основные особенности, характеризующие решение задач оценивания состояния для подстанций переменного тока и вставок и передач постоянного тока.

Обоснован выбор состава вектора независимых переменных и вектора измерений для статического оценивания состояния. Предложены различные методы повышения быстродействия, устойчивости и сходимости работы алгоритма оценивания.

Далее рассмотрены вопросы, связанные с реализацией алгоритма оценивания для ВПТ и ППТ. Описана математическая модель объектов, получены аналитические формулы для вычисления параметров установившегося режима и матрицы Якоби.

Приведен алгоритм аппроксимации уравнений, описывающих установившийся режим и матрицу Якоби, с целью понижения нелинейности системы и улучшения сходимости и быстродействия при итерационном процессе.

В третьей главе рассмотрены методы и алгоритмы повышения достоверности информации в АСУ ТП передач и подстанций постоянного и переменного тока. Показаны возможные варианты построения подсистем обработки информации:

• Предложена методика для построения системы диагностики исправности измерительных каналов. i

• Разработаны алгоритмы дорасчета неизмеряемых параметров системы, с использованием в качестве исходных данных для дорасчета как результатов измерений, так и результатов оценивания состояния.

• Разработана методика реализации алгоритмов «если-то» для построения решающего узла экспертной системы и предложены пути применения системы оценки ситуаций и принятия решений для энергообъекта.

В четвертой главе приведены результаты внедрения алгоритмов повышения достоверности информации в состав базового программного обеспечения АСУ ТП «Венец», разработанного в НИИПТ. Также приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных на Выборгской преобразовательной подстанции. Показано, что реализуя методы и алгоритмы повышения достоверности информации, удается получить качественно новый уровень автоматизированной системы управления, открывающий дополнительные возможности для эффективного управления энергообъектами.

В .заключении приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертационной работы. На защиту выносятся:

• Системный анализ отечественных и зарубежных методов повышения достоверности информации, на основе которого создана и представлена классификация существующих методов и алгоритмов оценивания состояния, диагностики измерительных систем и систем оценки ситуаций, позволяющая наглядно и обозримо провести систематизацию средств достоверизации информации.

• Теоретические положения для статического оценивания состояний подстанций постоянного и переменного тока, методики по минимизации затрат машинного времени и улучшению сходимости процессов при реализации алгоритмов оценивания; результаты построения математической модели для статического оценивания состояния, с учетом особенностей вставок и передач постоянного тока; аппроксимирующие зависимости для расчета установившегося режима и элементов матрицы Якоби для вставок постоянного тока.

14

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке методов и алгоритмов работы системы диагностики исправности измерительных каналов и системы оценки ситуации и принятия решений.

• Результаты экспериментальных исследований по сравнительному анализу различных методов дорасчета неизмеряемых параметров режима.

• Созданные на основе разработанных методов и алгоритмов программные комплексы, позволяющие существенно поднять эффективность использования автоматизированных систем управления электрическими подстанциями постоянного и переменного тока и результаты их внедрения в рамках АСУ ТП «Венец» на Выборгской преобразовательной подстанции.

1. Основные результаты диссертационной работы.

1.1 .В работе выполнен анализ отечественных и зарубежных разработок в области повышения достоверности информации в автоматизированных системах управления энергообъектами. Рассмотрены различные пути решения подобных задач, а также пути повышения их качества на основе проведенных автором исследований и сопоставительных расчетов.

1.2. Сформулированы отличия в методах реализации оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. Предложены метод повышения быстродействия процесса оценивания путем однократного вычисления матрицы Якоби при реализации метода Ньютона - Рафсона и метод разделения на подсистемы по различным классам напряжения для снижения объема занимаемой памяти при решении задачи оценивания.

1.3. Представлена математическая модель для расчета установившегося режима и статического оценивания состояния вставок и передач постоянного тока. Предложена методика повышения быстродействия и сходимости алгоритмов оценивания состояния для ВПТ и ППТ, путем разложения в ряд Тейлора тригонометрических функций углов зажигания, погасания и коммутации.

1.4. Проанализированы способы диагностики исправности измерительной системы и на их основе разработан метод поиска неверных измерений для ПС,ВПТ и ППТ, позволяющий решать данную задачу в общем случае. Приведены результаты экспериментальной апробации метода, подтверждающие его высокую надежность и эффективность. Доказана возможность выявления с помощью этого метода не только неисправных измерительных каналов, но и ошибок в построении информационно-измерительной системы.

1.5. На базе экспертных систем и алгоритмов логического анализа разработаны новые алгоритмы для создания системы оценки ситуаций и принятия решений АСУ ТП.

1.6. Рассмотрены различные варианты построения систем дорасчета неизмеряемых параметров режима: по результатам измерений, по результатам измерений с усреднениями и по результатам оценивания состояния. Приведены результаты экспериментальных исследований применения различных способов дорасчета, показавшие высокую эффективность дорасчета по результатам оценивания состояния.

1.7. Рассмотрены возможности и разработаны способы практического применения систем повышения качества информации в АСУ ТП электрических подстанций и их апробация на реальных объектах.

1.8. Промышленная эксплуатация разработанных программных комплексов показала высокую надежность и эффективность предложенных алгоритмов.

2. Научная новизна диссертационной работы.

2.1. Для системного решения задач исследования автором создана и представлена классификация типов существующих методов и решений для повышения достоверности информации в АСУ ТП электрических станций и подстанций, позволяющая наглядно и обозримо провести систематизацию средств решения данного класса задач.

2.2. Впервые рассмотрены особенности реализации и применения алгоритмов оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. Предложены методы повышения быстродействия процесса оценивания путем однократного вычисления матрицы Якоби и диакоптики (разделения на подсистемы) по различным классам напряжения для ПС или стороне выпрямителя и инвертора для ВПТ и ППТ.

2.3. На основании выполненного анализа различных методов решения задачи оценивания состояния автором впервые представлены теоретические положения по реализации задачи оценивания состояния для вставок и передач постоянного тока. Разработана методика повышения быстродействия и сходимости алгоритмов оценивання состояния для ВПТ и ППТ путем замены тригонометрических функций углов зажигания, погасания и коммутации на первые два слагаемых их разложения в ряд Тейлора.

2.4. Разработан метод поиска неверных измерений для ПС, ВПТ и ППТ, позволяющий решать данную задачу в общем случае. Он основан на анализе качества оценки по вероятности выполнения критерия %2 и дальнейшем отбрасывании и заменой на псевдоизмерения измерений с максимальным относительным остатком.

2.5. Разработаны новые алгоритмы для создания системы оценки ситуаций и принятия решений АСУ ТП ПС,ВПТ и ППТ на базе экспертных систем и алгоритмов логического анализа.

3. Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов •диссертационной работы.

3.1. Разработка теоретических положений и создание на их основе методов, алгоритмов и программных комплексов для повышения достоверности информации в АСУ ТП подстанций постоянного и переменного тока, стало возможным благодаря комплексному использованию теоретических и экспериментальных методов исследования. Решение ряда новых задач, поставленных в работе, стало возможным благодаря известным достижениям указанных ниже научных дисциплин и не противоречит их положениям, базируется на строго доказанных выводах фундаментальных и прикладных наук, таких как математический анализ, математическая статистика, линейная алгебра, теория систем,математическая логика, теория оптимизации и планирование эксперимента. Математическое описание объектов производилось с использованием методов расчета нормального режима подстанций постоянного и переменного тока.

3.2. Разработанные теоретические положения и новые алгоритмические решения опробованы экспериментально. Экспериментальные исследования метрологически обеспечены и проводились на экспериментальной базе АО НИИПТ и Выборгской преобразовательной подстанции.

Созданные программные комплексы опробованы и прошли испытания в рамках различных научных программ, успешно используются в составе базового программного обеспечения АСУ ТП «Венец»- и АСУ ТП на Выборгской преобразовательной подстанции. Результаты экспериментов и испытаний анализировались и сопоставлялись с известными экспериментальными данными других исследователей.

4. Практическая и научная полезность результатов диссертационной работы.

4.1. Внедрив методы и алгоритмы повышения достоверности информации на Выборгской преобразовательной подстанции, удалось получить качественно новый уровень автоматизированной системы управления, открывающий дополнительные возможности для эффективного управления энергоо.бъектом.

4.2. Разработано пять программных комплексов для повышения достоверности информации, в которых реализованы основные алгоритмы и результаты, полученные в диссертационной работе:

• Оценивание состояния.

• Система оценки ситуаций и принятия решений.

• Дорасчет неизмеряемых параметров режима.

• Диагностика измерительной системы.

• Ресурс оборудования.

Разработки включены в базовое программное обеспечение АСУ ТП «Венец» и внедрены в промышленную эксплуатацию на Выборгской преобразовательной подстанции в 1997-1999гг.

4.3. Внедрение алгоритмов и программ оценивания состояния и дорасчета неизмеряемых параметров позволило существенно расширить информационные возможности АСУ ТП без дополнительных материальных затрат. Стало возможным произвести дорасчет таких неизмеряемых параметров режима, как выпрямленное напряжение, углы регулирования, напряжения на вентилях и т.д.

4.4. Еще одним важным положительным эффектом при применении методов повышения достоверности информации в АСУ ТП, явилась практическая возможность оперативной оценки точности измерений по отдельным каналам. Внедрение программы оценивания дало возможность отказаться от очередных обязательных поверок измерительной системы, проводя их только в случае ухудшения метрологических характеристик. Это позволило существенно упростить эксплуатацию системы сбора данных АСУ ТП.

4.5. Ввод в эксплуатацию системы оценки ситуаций и принятия решений позволил реализовать функции советчика диспетчера, создать системы контроля за основными режимными параметрами и качеством работы измерительной системы, а также систему учета ресурса силового оборудования.

5. Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:

• Всероссийской научно - технической конференции с участием специалистов стран СНГ, Литвы и дальнего зарубежья «Релейная защита и автоматика энергосистем - 98» - Москва, 1998.

• У симпозиуме ТРАВЭК «Электротехника 2010» - Москва, 1999.

• Х1У Научно - технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем - 2000» - Москва, 2000.

• Конференции молодых специалистов электроэнергетики - 2000 - Москва, 2000.

Заключение.

1. Гамм А.З. Статистические методы оценивания состояния электроэнергетических систем. М: Наука, 1976. - 220с

2. Швеппе Ф., Хандшин Э. Статистическая оценка режима электроэнергетических систем. ТИИЭР, т. 62, №7, М: Мир. 1974, стр.134-147

3. Гамм А.З. Байесов подход к оценке состояния электроэнергетической системы. «Известия АН СССР. Энергетика и транспорт.» 1974, N1, стр. 3-14.

4. Электрические системы, т.1. Математические задачи энергетики. Под ред. Веникова В.А. Учебное пособие для электроэнергетических вузов. М.: Высшая школа, 1970, 336с.

5. Электрические системы. Электрические расчеты, программирование и оптимизация режимов. Под ред. Веникова В.А. Учебное пособие для электроэнергетических вузов. М.: Высшая школа, 1973,320с.

6. Merrill Н.М., Sweppe F.C. Bad data suppression in power system state estimation. «1ЕЕ Trans. Power Apparaturs and Systems», PAS-90,1971, N6.

7. Справочник. Искусственный интеллект. В 3-х книгах. 1. Системы общения и экспертные системы. 2. Модели и методы. 3. Программные и аппаратные средства. Под ред. Э.В.Попова М., Радио и связь, 1990.

8. Shweppe F.C., Wildes I. Power system static-state estimation. Parti: Extract model. «1ЕЕ Trans. Power Apparaturs and Systems», PAS-89, 1970, N1, 120-125.

9. Shweppe F.C., Rom D.B. Power system static-state estimation. PartH: Approximate model. «1ЕЕ Trans. Power Apparaturs and Systems», PAS-89,1970, N1.

10. Shweppe F.C. Power system static-state estimation. PartHI: Implementation. «1ЕЕ Trans. Power Apparaturs and Systems», PAS-89, 1970, N1.

11. М.И.Успенский, Т.Б.Старцева, Г.П.Шумилова. Компьютеризация управления режимами на подстанциях. Сыктывкар, 1996

12. Гамм А.З., Герасимов JI.H., Голуб И.И., Гришин Ю.А., Колосок И.Н. Оценивание состояния в электроэнергетике. М.: Наука, 1983. 304с

13. Богданов В.А., Совалов С.А., Черня Г.А. Телеинформация в автоматизированных системах диспетчерского управления. Электричество, 1974, N8, с. 1-6

14. Богданов В.А. Информационная модель электрической сети автоматизированной системы диспетчерского управления. Электричество, 1973, N5, с. 1-7

15. Боуз З.А., Клементе К.А. Оперативное моделирование электрических сетей энергосистем. ТИИЭР, т. 75, №12, М: Мир. 1987, стр.63-83

16. Иофьев Б.И. Пути создания единой системы автоматического и оперативного управления электроэнергетическим объектом в нормальных и аварийных условиях их работы. Электрические станции, 1996. N10, с.46-56

17. Башлыков A.A., Еремеев А.П. Экспертные системы поддержки принятия решений в энергетике. М: МЭИ, 1994

18. S.P.I.D.E.R. MicroSCADA, UserManual.

19. Чачко А.Г. Язык взаимодействия оператора с системой для атомного энергоблока. Электрические станции, 1996. N1-3,10,11

20. Баран Л.С. Разработка человеко-машинного интерфейса систем диагностики. Электрические станции, 1996. N6, с.34-37

21. Машинский B.B. Микропроцессорные системы управления в системах генерирования электрической энергии.// Сборник научных трудов НГТУ. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. Вып.4(17). -160с.

22. Асанбаев Ю.А., Филатов В.Г, Фаянс В.Г. Автоматизация управления преобразовательными подстанциями. //Повышение эффективности мощных преобразователей. JL: Энергоатомиздат. 1989 (Сборник научных трудов НИИПТ).

23. Асанбаев Ю.А., Глезеров С.Н., Карасев Г.В., Габдулхаков К.А., Тележкина Н.П., Филатов В.Г. Результаты метрологических испытаний информационной системы электрической подстанции. Средства и системы управления в энергетике. М., 1981, N2.

24. Конторович A.M., Макаров Ю.В., Тараканов A.A. Методика оценивания состояния электроэнергетической системы, основанная на анализе контрольных уравнений. Алгоритмы обработки данных в электроэнергетике. Иркутск: 7СЭИ, 1982.

25. Богданов В.А., Ставровский А.Н. Сбор и переработка информации для диспетчерского управления режимами электроэнергетических систем. В кн.: Электрические станции, сети и системы, М.:ВИНИТИ, 1979, т.9

26. Веников В.А. Обнаружение ошибочных измерений при оценке состояния электроэнергетической системы. «Известия АН СССР. Энергетика и транспорт.» 1976, N5, стр. 44-54.

27. Теннант-Смит Дж. Бейсик для статистиков: пер с англ. М.: «Мир», 1988

28. Паламарчук С.И. Алгоритм оценивания параметров режима и анализа грубых ошибок на основе линеаризованных выражений измеряемых величин. Алгоритмы обработки данных в электроэнергетике. Иркутск: СЭИ, 1982.

29. Колосок И.Н. Задача обнаружения плохих данных и алгоритм ее решения. -В кн.: Статистическая обработка оперативной информации в электроэнергетических системах. Иркутск, 1979, с. 192-200

30. Красилов A.A. Основы информатики. Определение и концепции. Учебное пособие, МФТИ, М., 1990, - 80 с.

31. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. М:Наука, 1990. -232с.

32. Алиев P.A., Абдикеев Н.М., Шахназаров М.М. Производственные системы с искуственным интеллектом. М.: Радио и связь, 1990. - 264с

33. Уолленберг Б.Ф., Сакарути Т. Искусственный интеллект в управлении энергосистемами.// ТИИЭР, т. 75, №12, М: Мир. 1985, с.150-158

34. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1980. - 263с.

35. Литвак Б.Г. Экспертная информация. Методы получения и анализа. М.: Радио и связь. 1982 -184с.

36. Красилов A.A., Горельков А.Л. Стили программирования. М., МФТИ, 1986, - 83 с.

37. Отраслевая система оперативно-диспетчерского управления (ОСОДУ) ЕСГ России. Общесистемные технические требования. М.: «Г A3 АВТОМАТИКА», 1998.

38. Волкова В.Н., Денисов A.A. Системный анализ и его применение в АСУ. -Л.: ЛПИ, 1983,- 83с.

39. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа -СПб: Издательство СПбГТУ, 1999. -512с.

40. Тищенко Н.М. Введение в проектирование систем управления. М.: Энергоатомиздат, 1986.

41. Осуга С. Обработка знаний. М:Мир,1989. - 293с.

42. Горбатов В.А. Основы дискретной математики. М.: Высшая школа, 1986 -311с.

43. Месарович М., Такахара И. Общая теория систем: математические основы. -М.: Мир, 1978.-311с.

44. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельскнй Г.М. Дискретная математика для инженеров,- М.: Энергоатомиздат, 1988. 480с.

45. Яблонский C.B. Функции алгебры логики и классы Поста, М.:Наука, 1966.

46. Трой Д. Программирование на языке Си для персонального компьютера IBM PC: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1991. - 432 с.

47. Strum, Robert D., and Donald E. Kirk. First Principles of Discrete Systems and Digital Signal Processing. Reading, Mass.: Addison-Wesley Publishing Company, 1988.

48. A.B. Поссе. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. JI: «Энергия», 1973 302с

49. Горюнов Ю.П., Смоловик C.B. Об уточнении понятий «комплексная проводимость» и «комплексная мощность». Электричество. 1994. N4, с.49-59

50. Перхач B.C., Скрыпник А.И., Данилюк A.B. Математические модели анализа установившихся режимов электроэнергетических систем со вставками постоянного тока. Техническая электродинамика, 1988. N5, с.62-68

51. Данилюк A.B., Лысяк Г.Н. Математическая модель преобразователя электропередач и вставок постоянного тока в обобщенных независимых переменных для анализа установившихся режимов. Техническая электродинамика, 1988. N5, с.106-108

52. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/ В.В. Ершевич, А.Н.Зейлигер, Г.А.Илларионов и др.; Под ред. С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро. 3-е изд., перераб. и доп. - М.:Энергоатомиздат, 1985. -352с.

53. Голуб И.И. Методика выбора избыточного состава измерений для АСДУ. Алгоритмы обработки данных в электроэнергетике. Иркутск: СЭИ, 1982.

54. Володин В.В., Гамм А.З., Гришин Ю.А., Паламарчук С.И., Плотников И.Л., Комплекс программ экспресс-анализа режима ЭЭС на базе системы «Оценка». Советчики диспетчера по оперативной коррекции режимов работы ЭЭС. Иркутск, 1984.

55. Прихно B.JL, Черненко П.А. Оперативный расчет режима энергосистемы по данным телеметрии. //Алгоритмы обработки данных в электроэнергетике. -Иркутск: СЭИ, 1982.

56. Стратан И.П., Спивак B.JI. Исследование влияния формы записи уравнений узловых напряжений на численную устойчивость решения. // оптимизация энергетических систем и их элементов. Кишинев: Штиинца, 1986. с 76-82.

57. Дейч A.M. Методы идентификации динамических объектов. М: Энергия, 1979.-240с.

58. Богданов В.А. Оценка качества исходных данных и точности результатов определения режима электрической системы при произвольном составе и размещении измерений. Электричество, 1978, N6, с. 1-8

59. Асанбаев Ю.А. Периодические энергетические процессы в электрических системах. СПб. :Политехника, 1997. - 420с.

60. Хэпп. Диакоптика решение системных задач с помощью разделения системы на части. - ТИИЭР, т. 62, №7, М: Мир. 1974, стр.81-95

61. Хачатрян B.C. Решение уравнений установившегося режима больших электрических систем с применением метода декомпозиции. Электричество, 1976, N6, с.12-19.

62. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1986.

63. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1977.

64. Методика. Измерительные каналы информационно-измерительных систем. Организация и порядок проведения поверки. СПО Союзтехэнерго, 1988

65. Голынко Е.И., Горелик Т.Г. Применение теории оценивания состояния для подстанций постоянного и переменного тока. Известия НИИ постоянного тока, N57, 2000, с.173-178.

66. Асанбаев Ю.А., Болдырева Н.В., Голынко Е.И., Горелик Т.Г. Автоматизация контроля системы сбора аналоговой информации в АСУ ТП. Сборник докладов Усимпозиум ТРАВЭК «Электротехника 2010» М.,1999.

67. Devore, Jay L. Probability and Statistics for Engineering and the Sciences. 4th ed. Wadsworth Publishing, 1995.

68. McCall, Robert B. Fundamental Statistics for the Behavioral Sciences. 5th ed. New York: Harcourt Brace Jovanovich, 1990.

69. Болдырева H.B., Горелик Т.Г. Алгоритмы работы информационной системы оценки ситуаций и принятия решений. Известия НИИ' постоянного тока, N57, 2000, с.165-172.

70. Каштанов Ю.Б. Методология построения автомата-советчика диспетчера в аварийных ситуациях для подавления развивающихся процессов в электроэнергетических объектах. Советчики диспетчера по оперативной коррекции режимов работы ЭЭС. Иркутск, 1984.

71. Горский Ю.М., Каштанов Ю.Б., Новорусский В.В. Принципы построения советчика диспетчера для управления электроэнергетической системой в условиях развивающихся аварий. Советчики диспетчера по оперативной коррекции режимов работы ЭЭС. Иркутск, 1984.

72. Алишаускас A.B., Блознялис М.Ю., Рашкинис A.B. Построение советчика диспетчера ЭЭС на основе классификации аварийных ситуаций. Советчики диспетчера по оперативной коррекции режимов работы ЭЭС. Иркутск, 1984.

73. Новиков A.C. Обзор существующих норм и требований к информационно-метрологическому обеспечению АСДУ. Алгоритмы обработки данных в электроэнергетике. Иркутск: СЭИ, 1982.

74. Асанбаев Ю.А., Ветрова И.А., Горелик Т.Г., Гудилин С.В., Кумец И.Е., Лобанов С.В., Филатов В.Г. Интегрированная система управления для электрической части станций и подстанций. Сборник докладов Усимпозиум ТРАВЭК «Электротехника 2010» М.,1999.

75. Симпозиум и международная специализированная выставка «Энергетика-95». Сборник тезисов докладов., Санкт-Петербург, 1995.

76. П.Санна. Visual Basic для приложений (версия 5) в подлиннике: пер. с англ. СПб.: BHV - Санкт - Петербург, 1998. - 704с.

77. Вильям Дж. Орвис. Visual Basic for Applications на примерах: пер. с англ. -М.: БИНОМ, 1995 -512с

78. Тим Андерсон. Visual Basic: пер. с англ. М: ЗАО «Издательство БИНОМ», 1998.-224с

79. Корнелл Г. Программирование в среде Visual Basic 5 : пер. с англ. Мн.: ООО «Попурри», 1998. - 608с

80. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе: пер с англ. М.: «Мир», 1977

81. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. - 560с.

82. Житомирский М.С., Шелест В.Д. Начала вычислительной математики. Введение в численный эксперимент. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1999. -200с.

83. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1970.

84. Stagg G.W. Techniques for the real-time monitoring of power system operations. «IEE Trans. Power Apparaturs and Systems», PAS-89, 1970, N4, 545-551.

85. Gerwin R. Energieversorgung nach der Planwirtschaft. Stuttgart: Wiss.Verl-Ges.,1993. S.138

86. Дьяков А.Ф., Окин A.A., Семенов B.A. Диспетчерское управление мощными энергообъединениями. М.: Издательство МЭИ, 1996. -244с.

87. Проблемы диспетчерского и автоматического управления. Сборник докладов и статей. М.: Издательство МЭИ, 1997. - 120с.

88. Синяк B.C., Агаджанян С.И. Информационное обеспечение ОАСУ. М.: «Статистика», 1976, 136с.

89. Оперативно-производственная информация в энергетике. Под ред. Семенова B.A. -М.: Энергоатомиздат, 1987. -160с.

90. Автоматизация управления энергообъединениями. Под ред. С.А. Совалова. М.: Энергия, 1979.146

91. Samitier С. New architectures and technologies for the future power control networks. Сборник докладов Усимпозиум ТРАВЭК «Электротехника 2010» -М.,1999.

92. Эргономика в энергетике.//Прикладная эргономика, N3-4, М: АПЭ, с. 127

93. Андреюк В.А., Асанбаев Ю.А., Сказываева Н.С. Системы автоматического управления установившимися и переходными режимами энергосистемы по абсолютному углу. Электрические станции, 1995. N12, с.93

94. ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ОБОСОБЛЕННОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ РАО «ЕЭС РОССИИ» -СЕВЕРОЗАПАДНЫЕ МЕЖСИСТЕМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ1. МЭС СЕВЕРО-ЗАПАДА)

95. УТВЕРЖДАЮ" Генеральный директор МЭС Северо-Запада.^1. АКТо внедрении (использовании) результатов кандидатской ди<1 ЩШабогы1. Комиссия в составе:председатель

96. А.Г. Попов начальник службы АСУчлены комиссии

97. П.И. Романов начальник Службы линий электропередачи, к.т.н.

98. Комплекс оценивания состояния;

99. Система оценки ситуаций и принятия решений "ИНФО"

100. Программа дорасчета неизмеряемых параметров режима;

101. Программный комплекс диагностики измерительной системы;

102. Программа вычисления ресурса КВПУ.

103. Результаты внедрялись при выполнении НИР и ОКР на подстанции 330/400 кВ "Выборгская" в 1997-1999 гг.председатель А.Г. Поповчлены комиссии1. П.И. Романов С.Н. Штрейс